(讲义)第3章 第3节 机械波的传播现象-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册(粤教版2019)

第三节　机械波的传播现象 1．知道机械波的衍射和干涉． 2．了解惠更斯原理． 3．了解机械波的反射和折射特点． 知识点一　机械波的衍射与惠更斯原理 1．波的衍射 水波在遇到小障碍物或者小孔时，能绕过障碍物或穿过小孔继续向前传播的现象．一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象． 2．惠更斯原理 介质中波动传到的各点都可以看作是发射子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包络就形成新的波面．这就是惠更斯原理． 知识点二　机械波的反射和折射 在波的反射中，波的频率、波速和波长都不变．在波的折射中，频率不变，波速和波长发生改变． 知识点三　机械波的干涉 1．波的叠加原理 两列波在相遇叠加时，每列波都是独立地保持自己原有的特性，如同在各自的传播路径中并没有遇到其他波一样．相遇区域中各点的位移，就是这两列波引起的位移的合成．这一规律称为波的叠加原理． 2．波的干涉 (1)条件：两列波产生干涉的必要条件是频率相同，相位差恒定． (2)波的干涉：对于频率相同的两列波，在相遇的区域水面上，会出现稳定的相对平静的区域和剧烈振动的区域．这两个区域在水面上的位置是固定的，且互相隔开．这种现象为波的干涉． 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)． (1)任何波的波线与波面都相互垂直． (√) (2)反射波的频率、波速与入射波相同． (√) (3)折射波的频率、波速与入射波相同． (×) (4)当障碍物或狭缝的尺寸跟波长相差不大时，有明显的衍射现象． (√) 2．(多选)下列叙述属于波的反射现象的是(　　) A．在空房间里讲话，会感到声音比在野外响 B．水波从深水区入射到浅水区方向变化 C．讲话者又听到自己的回声 D．声波从空气中进入水中速度变大 AC　[A、C都属于波的反射现象，B、D属于波的折射现象．] 3．下列现象或事实属于衍射现象的是(　　) A．风从窗户吹进来 B．雪堆积在背风的屋后 C．听到墙外人的说话声 D．晚上看到水中月亮的倒影 C　[波在传播过程中偏离直线传播绕过障碍物的现象称为波的衍射．C与衍射现象相符．A、B、D不属于衍射现象．] 波面一定是平面吗？根据下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． 　惠更斯原理 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正确，B错误；由波面和波线的概念，不难判定C、D正确．] 　波的反射和波的折射 1．对波的反射的理解 (1)波发生反射时波的传播方向发生了变