20182019学度高中创新设计物理教科版34学案第2章第4讲惠更斯原理波的反射与折射.docx

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2018-2019学度高中创新设计物理教科版3-4学

案:第2章第4讲惠更斯原理波的反射与折射

[目标定位] 1.知道什么是波面和波线.2.了解惠更斯原理,会用惠更斯原理解释波的反射与折射现象.3.认识波的反射和折射现象,知道反射定律和折射定律.

一、惠更斯原理

内容:波在传播过程中所到达的每一点都可看做新的波源,从这些点发出球面形状的子波,其后任一时刻这些子波波前的包络面就是新的波前.

应用:根据惠更斯原理,可以用几何作图的方法,由已知的某一时刻波前确定下一时刻波前,从而确定波的传播方向.

二、波的反射

定义:波在传播的过程中,遇到两种介质的分界面时返回到原介质继续传播的现象叫波的反射.

反射定律:当波传播到两种介质的交界处发生反射时,入射线、法线、反射线在同一平面内,入射线与反射线分别位于法线两侧,而且反射角等于入射角;反射波的波长、频率和波速都与入射波相同.

三、波的折射

定义:波在传播过程中,从一种介质进入另一种介质时,波传播的方向发生偏折的现象叫做波的折射.

折射定律

v1=siniv2 sinr

结论

当v1>v2时,i>r,折射线偏向法线.

当v1<v2时,i<r,折射线偏离法线.

当垂直界面入射(i=0)时,r=0,传播方向不变,是折射中的特殊情况.

一、对惠更斯原理的理解

惠更斯原理中,同一波面上的各点都可以看做子波的波源.波源的频率与子波波源的频率相等.

波线的指向表示波的传播方向.

在各向同性均匀介质中,波线恒与波面垂直.

球面波的波线是沿半径方向的直线,平面波的波线是垂直于波面的平行直线.

利用惠更斯原理可以解释平面波和球面波的传播、波的衍射、干涉和折射现象,但无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的大小关系.

【例1】 (多选)关于对惠更斯原理的理解,下列说法正确的是( )A.同一波面上的各质点振动情况完全相同B.同一波面上的各质点振动情况可能不相同C.球面波的波面是以波源为中心的一个个球面D.无论怎样的波,波线始终和波面垂直

解析 按照惠更斯原理:波面是由任意时刻振动情况完全相同的点构成的面,故A对,

B错;由波面和波线的概念,不难判定C、D正确.

二、波在反射、折射现象中的波长、频率和波速

波现象

波现象

波的反射

波的折射

比较项

传播方向

改变 θ

=θ

改变 θ

≠θ

频率f

波速v

不变

不变

不变

改变

波长λ

不变

改变

特别提醒 (1)频率(f)由波源决定,故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率相等,即与波源的振动频率相同.

波速(v)由介质决定,故反射波与入射波在同一介质中传播,波速不变,折射波与入射波在不同介质中传播,波速变化.

据v=λf知,波长λ与波速和频率有关,反射波与入射波,频率同,波速同,故波长相同,折射波与入射波在不同介质中传播,频率同,波速不同,故波长不同.

【例2】 如图1所示,1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线,则( )

图1

A.2与1的波长、频率相等,波速不等

B.2与1的波速、频率相等,波长不等

C.3与1的波速、频率、波长均相等

D.3与1的频率相等,波速、波长均不等

解析 反射波的波长、频率、波速与入射波都应该相等,故A、B错;折射波的波长、波速与入射波都不等,但频率相等,故C错,D正确.

针对训练 同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播,某时刻的波形曲线如图2所示.以下说法正确的是( )

图2A.声波在水中波长较大,b是水中声波的波形曲线B.声波在空气中波长较大,b是空气中声波的波形曲线C.水中质点振动频率较高,a是水中声波的波形曲线D.空气中质点振动频率较高,a是空气中声波的波形曲线

解析 波的频率取决于波源的振动频率,与介质无关,故同一音叉发出的声波在水中与

在空气中传播时频率相同.但机械波在介质中传播的速度只取决于介质性质,与波的频率无

关,声波在水中传播的速度大于在空气中传播的速度.由v=λ知f大,对应于题图中波形曲线b,故只有A正确.

,声波在水中的波长应较

三、反射现象的应用

回声测距:(1)当声源不动时,声波遇到了静止的障碍物会返回来继续传播,反射波与入射波在同一介质中传播速度相同,因此,入射波和反射波在传播距离一样的情况下,用

t

.声2的时间相等,设经过时间t听到回声,则声源距障碍物的距离为s=v

.

声2

当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时,声源

t

发声时障碍物到声源的距离为s=(v +v

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