2.4 惠更斯原理　波的反射与折射-【步步高】2019版学案导学与随堂笔记物理（沪科版选修3-4）

2.4　惠更斯原理　波的反射与折射 [学习目标] 1.知道什么是波面和波线.2.了解惠更斯原理，了解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． 1．惠更斯原理：介质中波前上的各点，都可以看作是一个新的波源(子波源)，并发出子波；其后，这些子波的包络面就是新的波面． 2．波的反射定律：当波传播到两种介质的分界面处发生反射，入射波的波线、法线、反射波的波线在同一平面内，入射波的波线与反射波的波线分别位于法线的两侧，而且反射角等于入射角． 3．波在介质中发生折射时，入射波的波线、法线以及折射波的波线在同一平面内，入射波的波线与折射波的波线分别位于法线的两侧，入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第一种介质中的波速跟波在第二种介质中的波速之比，即＝. 一、惠更斯原理 [导学探究]　把一颗石子投到平静的池塘里，会激起一圈圈起伏不平的水面波向周围传播，你知道向四面八方传播的波峰(波谷)为什么组成一个个的圆形吗？ 答案　因为水波由波源向周围传开，由于向各个方向的波速都一样，所以向四面八方传播的波峰(波谷)组成一个个的圆形． [知识深化] 1．波面和波线 (1)波面：波在介质中传播时，任一时刻介质振动步调相同的点的包络面叫做波面．最前面的波面又叫波前，波面是平面的波叫做平面波，波面是球面的波叫做球面波． (2)波线：垂直于波面并指向波传播方向的直线叫做波线，如图1所示为球面波的波面与波线示意图． 图1 2．惠更斯原理 (1)内容：介质中波前上的各点，都可以看作是一个新的波源(子波源)，并发出子波；其后，这些子波的包络面就是新的波面．这就是惠更斯原理． (2)作用：如果知道某时刻一列波的某个波面的位置，还知道波速，利用惠更斯原理就可以得到下一时刻这个波面的位置，从而确定波的传播方向． 例1　下列说法中正确的是(　　) A．根据惠更斯原理可知，介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源 B．惠更斯原理只能解释球面波的传播，不能解释平面波的传播 C．若知道某时刻一列波的某个波面的位置，由惠更斯原理可以确定波的传播方向 D．惠更斯原理不能解释波的直线传播，可以解释波的反射与折射等相关现象 答案　A 解析　根据惠更斯原理，我们可以知道，介质中任意波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面，A正确；惠更斯原理既可以解释球面波的传播，也可以解释平面波的传播，B错误；仅知道某时刻一列波的某个波面的位置，无法确定波的传播方向，故C错误；惠更斯原理能解释波的直线传播、反射与折射等相关现象，故D错误． 二、机械波的反射和折射 [导学探究] 1．我们知道光有反射、折射现象，机械波是否也具有反射、折射现象呢？能举例说明机械波的反射现象吗？ 答案　机械波也具有反射和折射现象，声波的反射现象比较常见．例如：对着山崖或高墙说话时，听到的回声；夏日的雷声轰鸣不绝，是声波在云层界面的多次反射． 2．请用惠更斯原理推导波的反射定律． 答案　如图所示，一列平面波射到两种介质的界面，由于入射波的传播方向与界面不垂直，a、b、c三条波线不同时到达界面，过a的入射点A作波面AF，在波面AF上找三点A、C、B作为子波源；设波速为v，取时间间隔Δt＝；作Δt时间后子波源A、C、B发出的子波波面B′F′，根据波线与波面的方位关系画出反射波线． 在直角三角形AB′B和直角三角形B′AA′中，AB′是公共边，B′B＝A′A，因此两直角三角形全等，有：∠A′AB＝∠BB′A 所以有：i′＝i，即波的反射中，反射角等于入射角．[来源:Zxxk.Com] [知识深化] 1．波的反射 (1)反射现象：波遇到介质界面会返回来继续传播的现象． (2)入射角和反射角： ①入射角：入射波的波线与界面法线的夹角，如图2中的α. ②反射角：反射波的波线与界面法线的夹角，如图2中的β. ③反射规律：反射角等于入射角，即α＝β. 图2 2．波的折射 (1)折射现象 波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向通常会发生改变的现象．如图3所示． 图3 (2)折射定律 ①内容：入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第一种介质中的波速跟波在第二种介质中的波速之比． ②公式：＝. (3)相对折射率n12＝. [延伸思考][来源:学.科.网Z.X.X.K] 波向前传播的过程中，在两个介质的界面同时发生了反射和折射现象，你知道反射波和折射波的频率f、波速v和波长λ各自是如何变化的？请完成下表. 　　现象 比较项　 波的反射 波的折射 频率f 不变 不变 波速v 不变 改变 波长λ 不变 改变 说明 频率f由波源决定；波速v由介质决定；由v＝λf知，波长λ与频率f、波速v有关. 例2　图4中1、2、