第3章　第2节　波的反射和折射 讲义—2021-2022学年新教材鲁科版（2019）高中物理选择性必修第一册

第2节　波的反射和折射 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 知道波面、波线的概念，了解波的反射定律及折射定律． 科学思维 掌握波的反射定律和折射定律，并能解释波的反射与折射现象． 科学探究 能与他人合作用水波实验探究波的反射规律． 科学态度与责任 通过学习惠更斯原理及声纳的应用，体验探究科学的艰辛及伟大意义． 知识点一　波的反射 1．波面和波线 (1)波面：从波源发出的波，经过相同传播时间到达的各点所组成的面，称为波阵面或波面，如图所示． 波面和波线 (2)波线：用来表示波的传播方向的线．波线与各个波面总是垂直的． 2．波的分类 (1)球面波：波面是球面的波．如空气中的声波． (2)平面波：波面是平面的波．如水波． 3．波的反射 (1)反射现象：波从一种介质传播到另一种介质表面时，返回原来介质传播的现象． (2)反射定律：反射波线、入射波线和法线在同一平面内，反射波线和入射波线分别位于法线的两侧，反射角等于入射角． 　波在均匀介质中传播时，波面的形状不变，波线保持为直线． 1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)只有平面波的波面才与波线垂直． (×) (2)任何波的波线与波面都相互垂直． (√) (3)反射波的频率、波速与入射波相同． (√) 知识点二　波的折射与惠更斯原理 1．波的折射 (1)折射现象：波在传播过程中，由一种介质进入另一种介质时，传播方向发生偏折的现象． (2)折射定律：eq \f(sin i,sin r)＝eq \f(v1,v2)，式中v1和v2分别是波在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的波速． 2．惠更斯原理 (1)内容：介质中波面上的每一个点，都可以看成一个新的波源，这些新波源发出子波，经过一定时间后，这些子波的包络面就构成下一时刻的波面． (2)包络面：某时刻与所有子波波面相切的曲面． (3)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． 　子波的波速与频率跟初级波的波速与频率有怎样的关系？ 提示：都相等． 2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)折射波的频率、波速与入射波相同． (×) (2)据v＝λf知，波长λ与波速和频率有关． (√) 考点1　惠更斯原理 波面一定是平面吗？根据如图思考波线与波面的关系是怎样的． 提示：波面不一定是平面．波线与波面互相垂直，一定条件下由波面可确定波线，由波线可确定波面． 1．对波线与波面的理解 (1)波面不一定是面，如水波，它只能在水面传播，水波的波面是以波源为圆心的一簇圆． (2)波线是有方向的一簇线，它的方向代表了波的传播方向． (3)波线与波面互相垂直，一定条件下由波面可确定波线，由波线可确定波面． 2．惠更斯原理的实质：波面上的每一点(面源)都是一个次级球面波的子波源，子波的波速与频率等于初级波的波速和频率，此后每一时刻的子波波面的包络面就是该时刻总的波动的波面．其核心思想是介质中任一处的波动状态是由各处的波动决定的． 3．惠更斯原理的局限性：光的直线传播、反射、折射等都能用此来进行较好的解释．但是，惠更斯原理是比较粗糙的，用它不能解释衍射现象与狭缝或障碍物大小的关系，而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在，而倒退波显然是不存在的． 【典例1】　(多选)下列叙述中正确的是(　　) A．空间点波源发出的球面波，其波面是一个球面，波线就是以波源为圆心的同心圆 B．平面波的波线是一条直线，其波线相互平行 C．根据惠更斯原理，波面各点都可看作一个子波源，子波前进的方向的包络面就是该时刻的波面 D．利用惠更斯原理，只要知道t时刻波面的位置和波速，就可确定t＋Δt时刻波面的位置 BCD　[球面波的波线沿球面的半径方向，A错误；平面波的波线是一条直线，由于波线与波面垂直，故平面波的波线相互平行，B正确；由惠更斯原理可知，C正确；利用惠更斯原理，只要知道t时刻波面的位置和波速，就可确定另一时刻波面的位置，D正确．] 利用惠更斯原理解释波的传播的一般步骤 (1)确定一列波某时刻一个波面的位置． (2)在波面上取两点或多个点作为子波的波源． (3)选一段时间Δt． (4)根据波速确定Δt时间后子波波面的位置． (5)确定子波在波前进方向上的包络面，即为新的波面． (6)由新的波面可确定波线及其方向． [跟进训练] 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．同一振源的不同波面上的质点的振动情况一定不同 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 ACD　[按照惠更斯原理：波面是由振动情况完全相同的点构成的面，而不同波面上质点的振动情况可能相同，如相位相差2π整数倍的质点的振动情况相同，故A对，B错；由波面和波