2017-2018学年高中物理（沪科版,选修3-4）课件+教师用书+练习:第2章 2.4 惠更斯原理　波的反射与折射 （3份打包）

2.4　惠更斯原理　波的反射与折射 学 习 目 标 知 识 脉 络 1.知道什么是波面、波线，知道它们之间的关系. 2.了解惠更斯原理，知道用惠更斯原理描述波的方法. 3.知道什么是波的反射，理解波的反射定律.(重点) 4.知道什么是波的折射，理解波的折射定律.(重点) 5.应用波的反射定律和折射定律解决有关问题.(难点) 惠 更 斯 原 理 1.在均匀介质中，质点的振动会向各个方向匀速传播，形成球面波. 2.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，垂直于波面并指向波传播方向的直线叫做波线.如图2­4­1所示. 图2­4­1 3.波面是平面的波叫做平面波. 4.惠更斯原理的内容是：介质中波前上的各点，都可以看成是一个新的波源(子波源)，并发出子波；其后，这些子波的包络面就是新的波面. 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.任何波的波线都表示波的传播方向.(√) 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. 图2­4­2 【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.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. 2.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. 1.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 E.波面可以表示波的传播方向 【解析】　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.由波面和波线的概念，不难判定C、D正确.只有波线才能表示波的传播方向，E错误.故正确答案为A、C、D. 【答案】　ACD 2.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 E.不同波面上的质点振动情况一定不相同 【解析】　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.不同波面上质点的振动情况可能相同，如相位差相差2π整数倍的质点的振动情况相同，故E错误. 【答案】　BCD 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. 研究机械波的反射规律和折射规律 1.机械波的反射规律 (1)波遇到障碍物时会返回来继续传播，如图2­4­3所示. 图2­4­3 (2)反射定律 ①入射角：入射波线与反射面法线的夹角，如图中的α. ②反射角：反射波线与反射面法线的夹角，如图中的β. ③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两侧，反射角等于入射角. 2.机械波的折射规律 (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，如图2­4­4所示. 图2­4­4 (2)折射规律 ①频率：频率不变. ②波速：发生改变. ③波长：发生改变. (3)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Ⅰ种介质中的波速与波在第Ⅱ种介质中的波速之比. ②公式：. ＝ 1.反射波的频率、波速与入射波相同.(√) 2.折射波的频率、波速与入射波相同.(×) 3.发生波的折射时，折射角的大小一定和入射角成正比. (×) 人们听不清对方说话时，除了让一只耳朵转向对方，还习惯性地把同侧的手附在耳旁.你能说出其中的道理吗？ 【提示】　当用手附在耳旁时，手就可