《2018-2019學(xué)年高中物理 第十二章 機(jī)械波 第6節(jié) 惠更斯原理課件 新人教版選修3-4.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學(xué)年高中物理 第十二章 機(jī)械波 第6節(jié) 惠更斯原理課件 新人教版選修3-4.ppt（30頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、6惠更斯原理,讀一讀,辨一辨,一、波面和波線 閱讀教材第40頁(yè),學(xué)習(xí)波面和波線,了解波的分類。 1.什么是波面? 答案：波傳播過(guò)程中,任何振動(dòng)狀態(tài)相同的點(diǎn)都組成了一個(gè)個(gè)圓,這些圓叫作一個(gè)個(gè)波面。 2.什么是波線? 答案：與波面垂直的那些線代表了波的傳播方向,叫作波線。 3.波有哪些分類? 答案：球面波:由空間一點(diǎn)發(fā)出的波,它的波面是以波源為球心的一個(gè)個(gè)球面,波線就是這些球面的半徑,這樣的波稱為球面波。平面波:指波面是平面的波。,讀一讀,辨一辨,二、惠更斯原理 閱讀教材第40、41頁(yè),能用惠更斯原理解釋相關(guān)現(xiàn)象。 1.惠更斯原理的內(nèi)容是什么? 答案：介質(zhì)中任一波面上的各點(diǎn),都可以看作發(fā)射子波的波
2、源,其后任意時(shí)刻,這些子波在波前進(jìn)方向的包絡(luò)面就是新的波面。 2.如何利用惠更斯原理解釋現(xiàn)象? 答案：如果知道某時(shí)刻一列波的某個(gè)波面的位置,還知道波速,利用惠更斯原理可以得到下一時(shí)刻這個(gè)波面的位置,從而確定波的傳播方向。,讀一讀,辨一辨,三、波的反射和折射 閱讀教材第41、42頁(yè),認(rèn)識(shí)波的反射折射現(xiàn)象,并能用惠更斯原理進(jìn)行解釋。 1.什么是波的反射? 答案：波遇到介質(zhì)界面會(huì)返回來(lái)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。 2.什么是波的折射? 答案：波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),波的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。,讀一讀,辨一辨,1.思考辨析。 (1)在同一種均勻的介質(zhì)中,波面都是曲面或曲線,但波線都是直線。 () 解析：波
3、面不一定是曲線或曲面,也有平面波,但波線一定是直線。 答案： (2)任何波的波線與波面都相互垂直。 () 答案： (3)波在發(fā)生折射后,其頻率和波速都不發(fā)生變化。 () 解析：波的傳播速度是由介質(zhì)決定的,波的頻率由波源決定,與介質(zhì)無(wú)關(guān),所以折射后波進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)傳播速度發(fā)生變化。 答案：,讀一讀,辨一辨,2.探究討論。 (1)波面一定都是平面嗎? 答案：波面既可以是平面,也可以是球面。 (2)射向空中的焰火在高空中爆炸,發(fā)出一個(gè)巨大的聲響,我們?nèi)绾蝸?lái)描述這個(gè)聲波的波面和波線呢? 答案：這個(gè)聲波的波面是以高空中爆炸點(diǎn)為球心的球面,這個(gè)球面不斷擴(kuò)大。這個(gè)聲波的波線是以爆炸點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)的射向四面八方
4、的射線。,讀一讀,辨一辨,(3)如何利用波的反射規(guī)律解釋以下現(xiàn)象:夏日的雷聲轟鳴不絕。在空房子里講話,聲音較響。 答案：夏日的雷聲有時(shí)轟鳴不絕,原因是聲波在云層里多次反射形成的。 在空房間里講話,會(huì)感到聲音更響,是因?yàn)槁暡ㄔ诳辗块g里遇到墻壁、地面、天花板等障礙物發(fā)生反射,由于空間小,回聲和原聲幾乎同時(shí)到達(dá)人耳,而人耳只能區(qū)分開(kāi)相差0.1 s以上的兩個(gè)聲音。所以,在房間里聽(tīng)不到回聲,只會(huì)感到聲音比在戶外大些。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,對(duì)惠更斯原理的理解 下圖是波在傳播過(guò)程中的一種現(xiàn)象。 (1)此圖是波的什么現(xiàn)象? (2)利用惠更斯原理能解釋此現(xiàn)象嗎? 要點(diǎn)提示：(
5、1)波的衍射現(xiàn)象。 (2)擋板縫隙處振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)作為波源,帶動(dòng)擋板后面的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,1.惠更斯原理的實(shí)質(zhì) 波面上的每一點(diǎn)(面源)都是一個(gè)次級(jí)球面波的子波源,子波的波速與頻率等于初級(jí)波的波速和頻率,此后每一時(shí)刻的子波波面的包絡(luò)面就是該時(shí)刻總的波動(dòng)的波面。其核心思想是介質(zhì)中任一處的波動(dòng)狀態(tài)是由各處的波動(dòng)決定的。 2.惠更斯原理的局限性 光的直線傳播、反射、折射等都能用此來(lái)進(jìn)行較好的解釋。但是,惠更斯原理是比較粗糙的,用它不能解釋衍射現(xiàn)象與狹縫或障礙物大小的關(guān)系,而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在,而倒退波是不存在的。 惠更斯原理只能解釋波的傳播
6、方向,不能解釋波的強(qiáng)度,所以無(wú)法說(shuō)明衍射現(xiàn)象與狹縫或障礙物的大小的關(guān)系。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,【例題1】 下列敘述正確的是() A.空間點(diǎn)波源發(fā)出的球面波,其波面是一個(gè)球面,波線就是以波源為圓心的同心圓 B.平面波的波線是一條直線,其波線相互平行 C.根據(jù)惠更斯原理,波面各點(diǎn)都可看作一個(gè)子波源,子波前進(jìn)的方向的包絡(luò)面就是該時(shí)刻的波面 D.利用惠更斯原理,只要知道t時(shí)刻波面的位置和波速,就可確定t+t時(shí)刻波面的位置 【思考問(wèn)題】 如何確定某一時(shí)刻的波面? 提示：每一時(shí)刻的子波波面的包絡(luò)面就是該時(shí)刻總的波動(dòng)的波面。,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探
7、究三,解析：球面波的波線沿球面的半徑方向,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;平面波的波線是一條直線,由于波線與波面垂直,故平面波的波線相互平行,故選項(xiàng)B正確;由惠更斯原理可知,故選項(xiàng)C正確;利用惠更斯原理,只要知道t時(shí)刻波面的位置和波速,就可確定另一時(shí)刻的波面的位置,故選項(xiàng)D正確。 答案：BCD,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,變式訓(xùn)練1下列說(shuō)法正確的是() A.波在介質(zhì)中傳播的過(guò)程中,振動(dòng)相同的點(diǎn)連接起來(lái)組成的面就叫作波面 B.波線是用來(lái)表示波的傳播方向的,波線與波面總是垂直的 C.無(wú)論是球面波,還是平面波,同一波面上各點(diǎn)的振動(dòng)情況完全一樣 D.波面上的各點(diǎn)都可以看作一個(gè)個(gè)新的小波源,稱為
8、子波,子波在前進(jìn)方向上任意時(shí)刻形成的包絡(luò)面,就是新波面,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,解析：振動(dòng)相同的點(diǎn)在同一時(shí)刻組成的面,叫波面,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;波線表示波的傳播方向,在同一種介質(zhì)中傳播時(shí),波線與波面總是垂直,表示為一條直線,在不同介質(zhì)中傳播時(shí),表示為折線或曲線,但總跟在對(duì)應(yīng)介質(zhì)中的波面垂直,故選項(xiàng)B正確;波面是同一時(shí)刻各點(diǎn)連線組成的,其上各點(diǎn)振動(dòng)情況一樣,可以看作相同的一個(gè)個(gè)新的小波源,這些波向前傳播情況一樣,經(jīng)過(guò)相同時(shí)間到達(dá)的位置的連線又可以連接成一個(gè)面,就形成新的波面,故選項(xiàng)C、D均正確。 答案：BCD,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,波的反
9、射及其應(yīng)用 人們聽(tīng)不清對(duì)方說(shuō)話時(shí),除了讓一只耳朵轉(zhuǎn)向?qū)Ψ?還習(xí)慣性地把同側(cè)的手附在耳旁,這樣做是利用聲波的什么特點(diǎn)提高耳朵的接收能力? 要點(diǎn)提示：在耳廓原有形狀、面積的基礎(chǔ)上增加一個(gè)手的面積是為了增加波的反射來(lái)提高耳朵接收到聲波的強(qiáng)度。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,1.波的反射 波遇到障礙物會(huì)返回來(lái)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。反射波的波長(zhǎng)、頻率和波速都跟入射波相同,利用波的反射可以進(jìn)行回聲測(cè)距和超聲波定位。 2.回聲測(cè)距 (1)當(dāng)聲源不動(dòng)時(shí),聲波遇到了靜止障礙物會(huì)返回來(lái)繼續(xù)傳播,由于反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播速度相同,因此,入射波和反射波在傳播距離一樣的情況下,用的時(shí)間相等,
10、設(shè)經(jīng)過(guò)時(shí)間t聽(tīng)到回聲,則聲源距障礙物的距離為s=v聲 。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,3.超聲波定位 蝙蝠、海豚能發(fā)出超聲波,超聲波遇到障礙物或捕食目標(biāo)時(shí)會(huì)被反射回來(lái)。蝙蝠、海豚就是根據(jù)接收到反射回來(lái)的超聲波來(lái)確定障礙物或食物的位置,從而確定飛行或游動(dòng)方向。 波在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)波速不變。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【例題2】 導(dǎo)學(xué)號(hào)73884078有一輛汽車以15 m/s的速度勻速行駛,在其正前方有一陡峭山崖,汽車?guó)Q笛2 s后司機(jī)聽(tīng)到回聲,此時(shí)汽車距山崖的距離有多遠(yuǎn)?(v聲=340 m/s) 解析：汽車勻速行駛,速度為v車=15 m/
11、s,聲音在空氣中傳播速度不變。汽車從發(fā)出笛聲到接收到笛聲,二者運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同。如圖所示。 設(shè)汽車在A點(diǎn)發(fā)出笛聲,A點(diǎn)到山崖B的距離為x1,汽車運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)接收到笛聲,設(shè)AC距離為x2,CB距離為x,因二者運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同,則有x1=x2+x x1+x=v聲t=340 m/st x2=v車t=15 m/st 聯(lián)立得x=325 m。 答案：325 m,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,歸納總結(jié)聲波反射的應(yīng)用技巧 (1)利用反射定律解決實(shí)際問(wèn)題,主要是利用聲波的直線傳播及其反射特點(diǎn),考查勻速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用。 (2)利用聲波的反射測(cè)量距離、速度是此類問(wèn)題的重 點(diǎn),應(yīng)利用聲波的直線傳播和
12、反射定律作出聲波傳播的示意圖,再結(jié)合幾何關(guān)系求解。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,變式訓(xùn)練2當(dāng)一個(gè)探險(xiǎn)者進(jìn)入一個(gè)山谷后,為了估測(cè)出山谷的寬度,他吼一聲后,經(jīng)過(guò)0.5 s聽(tīng)到右邊山坡反射回來(lái)的聲音,又經(jīng)過(guò)1.5 s后聽(tīng)到左邊山坡反射回來(lái)的聲音,若聲速為340 m/s,則這個(gè)山谷的寬度約為() A.170 mB.340 mC.425 mD.680 m 解析：右邊的聲波從發(fā)出到反射回來(lái)所用時(shí)間為t1=0.5 s,左邊的聲波從發(fā)出到反射回來(lái)所用的時(shí)間為t2=2 s。山谷的寬度425 m。 答案：C,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,波的反射、折射現(xiàn)象中各量的
13、變化 波由介質(zhì)進(jìn)入介質(zhì)時(shí)頻率變化嗎?波長(zhǎng)變化嗎? 要點(diǎn)提示：頻率不變;波長(zhǎng)變化。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,1.頻率f由波源決定,故無(wú)論是反射波還是折射波都與入射波的頻率即波源的振動(dòng)頻率相同。 2.波速v由介質(zhì)決定,因反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播,故波速不變;而折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播,所以波速變化。 3.據(jù)v=f知,波長(zhǎng)與v及f有關(guān),即與介質(zhì)及波源有關(guān)。反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播,頻率相同,故波長(zhǎng)相同。折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播,f相同,v不同,故不同。 波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)頻率不變。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析
14、,【例題3】 一列聲波在空氣中的波長(zhǎng)為0.25 m。當(dāng)該聲波傳入某種介質(zhì)中時(shí),波長(zhǎng)變?yōu)?.8 m,若空氣中的聲速是340 m/s。求: (1)該聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)的頻率。 (2)該聲波在介質(zhì)中傳播的速度。 【思考問(wèn)題】 (1)聲波在不同介質(zhì)中傳播時(shí),頻率一樣嗎? (2)波速公式適合于任何介質(zhì)嗎? 提示：(1)當(dāng)聲波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)頻率不變。 (2)波在任何介質(zhì)中傳播時(shí)波速公式都成立。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,解析：(1)聲波在空氣中傳播時(shí),由v=f,由于聲波在不同介質(zhì)中傳播時(shí),頻率不變,所以聲波在該介質(zhì)中傳播時(shí),頻率仍為1 360 Hz。 (2)由v=f
15、得v2=2f=0.81 360 m/s=1 088 m/s。 答案：(1)1 360 Hz(2)1 088 m/s 歸納總結(jié)波在傳播過(guò)程中頻率不變,在不同介質(zhì)中傳播時(shí)速度不同。,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,變式訓(xùn)練3導(dǎo)學(xué)號(hào)73884079同一音叉發(fā)出的聲波同時(shí)在水和空氣中傳播,某時(shí)刻的波形曲線如圖所示,以下說(shuō)法正確的是() A.聲波在水中波長(zhǎng)較大,b是水中聲波的波形曲線 B.聲波在空氣中波長(zhǎng)較大,b是空氣中聲波的波形曲線 C.水中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)頻率較高,a是水中聲波的波形曲線 D.空氣中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)頻率較高,a是空氣中聲波的波形曲線,探究一,探究二,探究三,問(wèn)題導(dǎo)引,名師精講
16、,典例剖析,解析：波的頻率取決于波源的振動(dòng)頻率,與介質(zhì)無(wú)關(guān),故同一音叉發(fā)出的聲波在水中與在空氣中傳播時(shí)頻率相同。但機(jī)械波在介質(zhì)中傳播的速度只取決于介質(zhì)性質(zhì),與波的頻率無(wú)關(guān),聲波在水中傳播的速度大于在空氣中傳播的速度。由v=f知,聲波在水中的波長(zhǎng)應(yīng)較大,對(duì)應(yīng)于題圖中波形曲線b,故只有選項(xiàng)A正確。 答案：A,1 2 3 4,,,,,1.(考查波面和波線)下列說(shuō)法正確的是() A.只有平面波的波面才與波線垂直 B.任何波的波線與波面都相互垂直 C.任何波的波線都表示波的傳播方向 D.有些波的波面表示波的傳播方向 解析：不管是平面波,還是球面波,其波面與波線均垂直,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確。波線
17、表示波的傳播方向,故選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。 答案：BC,1 2 3 4,,,,,2.(考查聲波的反射和折射)對(duì)于波長(zhǎng)為100 m的聲波,下列說(shuō)法正確的是() A.在同一介質(zhì)中,比波長(zhǎng)為20 m的聲波傳播快 B.在空氣中的頻率比在水中大 C.聲波能發(fā)生折射,但折射后頻率發(fā)生變化 D.聲波能發(fā)生反射,但反射后波速不變 解析：機(jī)械波的傳播速度由介質(zhì)決定,波的頻率由波源決定,與介質(zhì)無(wú)關(guān),所以折射后,波進(jìn)入另一種介質(zhì),傳播速度發(fā)生變化,反射后回到原來(lái)的介質(zhì),傳播速度不變,故選項(xiàng)D正確。 答案：D,1 2 3 4,,,,,3.導(dǎo)學(xué)號(hào)73884080(考查波長(zhǎng)、頻率和波速的關(guān)系)如圖所示,1、2、
18、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線,則() A.2與1的波長(zhǎng)、頻率相等,波速不等 B.2與1的波速、頻率相等,波長(zhǎng)不等 C.3與1的波速、頻率、波長(zhǎng)均相等 D.3與1的頻率相等,波速、波長(zhǎng)均不等 解析：反射波的波長(zhǎng)、頻率、波速與入射波都應(yīng)該相等,故選項(xiàng)A、B錯(cuò)。折射波的波長(zhǎng)、波速與入射波都不等,但頻率相等,故選項(xiàng)C錯(cuò),選項(xiàng)D正確。 答案：D,1 2 3 4,,,,,4.(考查波的反射)某人想聽(tīng)到自己發(fā)出的聲音的回聲,若已知聲音在空氣中的傳播速度為340 m/s,那么他至少要離障礙物多遠(yuǎn)?(能夠區(qū)分原聲與回聲的最短時(shí)間為0.1 s) 解析：在波的反射現(xiàn)象中,反射波的波長(zhǎng)、頻率和波速都跟入射波的相同。只有聲波從人所站立的地方到障礙物再返回來(lái)全部經(jīng)歷的時(shí)間在0.1 s以上,才能辨別出回聲。設(shè)障礙物至少和人相距為s,則應(yīng)有2 s=vt,可得:s= 答案：17 m,
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