2018-2019高中物理 第12章 機(jī)械波 12.6 惠更斯原理課件 新人教版選修3-4.ppt

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6惠更斯原理,【自主預(yù)習(xí)】1.波面、波線(xiàn)、惠更斯原理:(1)波面和波線(xiàn):①波面:在波的傳播過(guò)程中,某時(shí)刻任何振動(dòng)狀態(tài)都_____的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)所組成的面。②波線(xiàn):與波面_____的那些線(xiàn),代表了波的_________。,相同,垂直,傳播方向,(2)波的分類(lèi):①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)_____,_____就是這些球面的半徑。②平面波:波面是_____的波。,球面,波線(xiàn),平面,(3)惠更斯原理:①內(nèi)容:介質(zhì)中任一波面上的各點(diǎn),都可以看作發(fā)射子波的_____,其后任意時(shí)刻,這些子波在波前進(jìn)方向的_______就是新的波面。②局限性:只能解釋衍射現(xiàn)象中波的傳播方向,不能解釋波的_____,無(wú)法說(shuō)明衍射現(xiàn)象與狹縫和障礙物的關(guān)系。,波源,包絡(luò)面,強(qiáng)度,2.波的反射與折射(1)波的反射現(xiàn)象:波遇到介質(zhì)界面會(huì)_______繼續(xù)傳播的現(xiàn)象,如圖。(2)波的折射現(xiàn)象:波從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時(shí),波的傳播方向發(fā)生_____的現(xiàn)象,如圖所示。,返回來(lái),改變,【預(yù)習(xí)小測(cè)】1.對(duì)于波面和波線(xiàn)的說(shuō)法中正確的是()A.波面一定是球面(形狀)B.波線(xiàn)一定是平行直線(xiàn)C.波線(xiàn)有的時(shí)候與波面垂直,有的時(shí)候與波面平行D.不同波面上的各點(diǎn)振動(dòng)周期相同,【解析】選D。波面可以是球面(形狀),也可以是平面(形狀),A錯(cuò)。波線(xiàn)可以是平行直線(xiàn),如平面波波線(xiàn),也可以不是平行直線(xiàn),如球面波波線(xiàn),B錯(cuò)。波線(xiàn)總是與波面垂直,C錯(cuò)。不同波面上的各點(diǎn)振動(dòng)周期相同,都等于波源的周期,D對(duì)。,2.在室內(nèi)講話(huà)的聲音比在室外空曠處講話(huà)的聲音要洪亮,是因?yàn)?)A.室內(nèi)空氣不流動(dòng)B.室內(nèi)聲音多次反射C.室內(nèi)聲音發(fā)生折射D.室內(nèi)物體會(huì)吸附聲音【解析】選B。在室內(nèi)聽(tīng)到的聲音洪亮是因?yàn)槁暡ㄔ谑覂?nèi)墻壁上經(jīng)過(guò)多次反射而得到加強(qiáng)。,3.聲波從聲源發(fā)出,在空中向外傳播的過(guò)程中()A.波速在逐漸變小B.頻率在逐漸變小C.振幅在逐漸變小D.波長(zhǎng)在逐漸變小,【解析】選C。聲波在空中向外傳播時(shí),不管是否遇到障礙物引起反射,其波速只由空氣介質(zhì)決定。頻率(由振源決定)和波長(zhǎng)(λ=v/f)均不變,所以A、B、D錯(cuò);又因?yàn)闄C(jī)械波是傳遞能量的方式,能量在傳播過(guò)程中會(huì)減小,故其振幅也就逐漸變小,C正確。,主題一波面、波線(xiàn)、惠更斯原理【互動(dòng)探究】探究點(diǎn)1波線(xiàn)與波面如圖所示為傳播的波面和波線(xiàn),請(qǐng)思考下面幾個(gè)問(wèn)題:,(1)波線(xiàn)和數(shù)學(xué)中的直線(xiàn)一樣嗎?提示:不一樣。因?yàn)椴ň€(xiàn)是有方向的一簇線(xiàn),它的方向代表了波的傳播方向。(2)怎樣理解波面的概念?提示:任何振動(dòng)狀態(tài)相同的點(diǎn)組成的面就是一個(gè)波面,如波峰(或波谷)組成一個(gè)波面。,(3)波面一定是平面嗎?根據(jù)如圖思考波線(xiàn)與波面的關(guān)系是怎樣的。提示:波面不一定是平面。波線(xiàn)與波面互相垂直,一定條件下由波面可確定波線(xiàn),由波線(xiàn)可確定波面。,探究點(diǎn)2惠更斯原理(1)利用惠更斯原理可以解決什么問(wèn)題?提示:①若知道某時(shí)刻一列波的某個(gè)波面的位置,并且知道波速,利用惠更斯原理可以得到下一個(gè)時(shí)刻這個(gè)波面的位置,從而確定波的傳播方向。②利用惠更斯原理可以解釋一些現(xiàn)象,如波的反射、折射和衍射等。,(2)如何用惠更斯原理解釋球面波的傳播?提示:設(shè)以O(shè)為球心的球面波在時(shí)刻t的波面為r,按照惠更斯原理,r面上的每個(gè)點(diǎn)都是子波的波源,假設(shè)波在同種均勻介質(zhì)中傳播,波向各個(gè)方向傳播的速度都相等,所以Δt時(shí)間后各子波的波面向前傳播的距離vΔt也都相等。設(shè)r′是這些子波波面的包絡(luò)面,則它就是原來(lái)球面波的波面r在Δt時(shí)間后的新位置。,可以看出,新的波面仍是一個(gè)球面,它與原來(lái)球面的半徑之差為vΔt,表示波向前傳播了vΔt的距離。,【探究總結(jié)】惠更斯原理(1)在惠更斯原理中,同一波面上的各點(diǎn)都可看作子波的波源,而且波源的頻率與子波波源的頻率相等。(2)惠更斯原理對(duì)任何波動(dòng)過(guò)程都是適用的,因而在很廣泛的范圍內(nèi)解決了波的傳播問(wèn)題。,【典例示范】(多選)關(guān)于對(duì)惠更斯原理的理解,下列說(shuō)法正確的是()A.同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況完全相同B.同一振源的不同波面上的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況可能相同C.球面波的波面是以波源為中心的一個(gè)個(gè)球面D.波線(xiàn)與平面波的波面垂直,與球面波的波面不垂直,【解題指南】解答本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn):(1)波面是由振動(dòng)情況完全相同的點(diǎn)構(gòu)成的線(xiàn)(或面)。(2)波線(xiàn)永遠(yuǎn)與波面垂直。,【解析】選A、B、C。按照惠更斯原理,波面是由振動(dòng)情況完全相同的點(diǎn)構(gòu)成的面,而不同波面上質(zhì)點(diǎn)的相位不同,故A對(duì)。由于波的周期性,在相距為波長(zhǎng)整數(shù)倍的另一些波面上的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況與這個(gè)波面上質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況相同,故B正確。由波面和波線(xiàn)的概念知,C正確。無(wú)論怎樣的波,波線(xiàn)始終和波面垂直,故D錯(cuò)。正確答案為A、B、C。,【探究訓(xùn)練】1.(多選)(2018濰坊高二檢測(cè))如圖所示,A、B分別為t=t1,t=t2時(shí),平面波的波面,下面說(shuō)法正確的是(),A.波面A和波面B互相平行B.波面A上的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況不一定相同C.波面B上的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況不一定相同D.波面A上的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況相同,波面B上的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況也相同,【解析】選A、D。平面波的波面與波源平行,故A對(duì),由波面的定義可得,D正確,B、C錯(cuò)誤。,2.(2018杭州高二檢測(cè))關(guān)于惠更斯原理、波的反射、波的折射,下列說(shuō)法正確的是()A.惠更斯原理能夠解釋所有波的現(xiàn)象B.子波的波速與頻率等于初級(jí)波的波速和頻率C.用惠更斯原理不能解釋波的衍射現(xiàn)象D.同一波面上的兩個(gè)位置的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)步調(diào)也可能相反,【解析】選B。惠更斯原理不能夠解釋所有的波的現(xiàn)象,有一定的局限性,A錯(cuò)。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,B對(duì)。用惠更斯原理能夠解釋波的衍射現(xiàn)象,C錯(cuò)。同一波面上的兩個(gè)位置的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況一定相同,D錯(cuò)。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】(多選)下列敘述中正確的是()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(xiàn)就是以波源為圓心的同心圓B.平面波的波線(xiàn)是一條直線(xiàn),其波線(xiàn)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+Δt時(shí)刻波面的位置,【解析】選B、C、D。球面波的波線(xiàn)沿球面的半徑方向,A錯(cuò)誤。平面波的波線(xiàn)是一條直線(xiàn),由于波線(xiàn)與波面垂直,故平面波的波線(xiàn)相互平行,B正確。由惠更斯原理可知,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,D正確。,【通法悟道】利用惠更斯原理解釋波的傳播(1)確定一列波某時(shí)刻一個(gè)波面的位置。(2)在波面上取兩點(diǎn)或多個(gè)點(diǎn)作為子波的波源。(3)選一段時(shí)間Δt。(4)根據(jù)波速確定Δt時(shí)間后子波波面的位置。(5)確定子波在波前進(jìn)方向上的包絡(luò)面,即為新的波面。(6)由新的波面可確定波線(xiàn)及其方向。,主題二波的反射與折射【互動(dòng)探究】如圖甲、乙為波的反射、折射示意圖。請(qǐng)結(jié)合兩圖,思考下列問(wèn)題:,(1)試用惠更斯原理解釋波的反射。提示:如題圖所示,一列平面波射到兩種介質(zhì)的界面,由于波的傳播方向與界面不垂直,a、b、c三條波線(xiàn)不同時(shí)到達(dá)界面,過(guò)a的入射點(diǎn)A作波面AF,在波面AF上找三點(diǎn)A、C、B作為子波的波源;設(shè)波速為v,取時(shí)間間隔Δt=;作Δt時(shí)間后子波波源A、C、B發(fā)出的子波波面;畫(huà)出子波的包絡(luò)面B′F′,根據(jù)波線(xiàn)與波面的方位關(guān)系畫(huà)出反射波線(xiàn)a′、b′、c′如題圖甲所示。,(2)試用惠更斯原理解釋波的折射。提示:如題圖所示,一列平面波射到兩種介質(zhì)的界面,由于波的傳播方向與界面不垂直,a、b、c三條波線(xiàn)不同時(shí)到達(dá)界面,過(guò)a的入射點(diǎn)(同時(shí)也是折射點(diǎn))A作波面AF,在波面AF上找三點(diǎn)A、C、B作為子波源;設(shè)波在介質(zhì)Ⅰ中波速為v1,在介質(zhì)Ⅱ中波速為v2,取時(shí)間間隔Δt=,作Δt時(shí)間后子波源A、C、B發(fā)出的子波波面;畫(huà)出子波波面的包絡(luò)面B′F′;根據(jù)波線(xiàn)與波面的方位關(guān)系畫(huà)出折射波線(xiàn)a′、b′、c′,如題圖乙所示。,(3)在波的折射現(xiàn)象中,波長(zhǎng)、波速、頻率三者中什么發(fā)生了變化?提示:波的折射是波從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)中時(shí)傳播方向發(fā)生偏折的現(xiàn)象,因而波的傳播方向發(fā)生了改變。因?yàn)槿肷洳ê驼凵洳ㄔ趦煞N不同的介質(zhì)中傳播,所以波速v會(huì)發(fā)生變化,波的頻率f由波源決定,即頻率f不變,由公式v=λf可知波長(zhǎng)發(fā)生變化。,【探究總結(jié)】1.波的反射:(1)規(guī)律:入射波線(xiàn)、法線(xiàn)、反射波線(xiàn)在同一平面內(nèi),入射波線(xiàn)與反射波線(xiàn)分居法線(xiàn)兩側(cè),反射角等于入射角。(2)反射波的波長(zhǎng)、頻率、波速都跟入射波相同。(3)波遇到兩種介質(zhì)界面時(shí),總存在反射。,2.波的折射:(1)波的折射遵循折射定律:入射波線(xiàn)與折射波線(xiàn)分居在法線(xiàn)的兩側(cè)并且在同一平面內(nèi)。(2)波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì),只有波的頻率不變,波速、波長(zhǎng)均發(fā)生變化,但總滿(mǎn)足v=λf。,3.波的反射、折射現(xiàn)象中物理量變化的比較:,【典例示范】(多選)關(guān)于波的折射現(xiàn)象,下列說(shuō)法正確的是()A.當(dāng)入射速度小于折射速度時(shí),折射光線(xiàn)偏離法線(xiàn)B.當(dāng)波垂直界面入射時(shí),傳播方向不改變,波速和波長(zhǎng)都不改變C.在波的折射中,波的頻率不改變,波速和波長(zhǎng)都發(fā)生改變D.波發(fā)生折射時(shí)一定不會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象,【解題指南】解答本題應(yīng)注意以下兩點(diǎn):(1)波在發(fā)生折射時(shí)頻率不變。(2)波的折射和反射可以同時(shí)發(fā)生。,【解析】選A、C。當(dāng)入射速度小于折射速度時(shí),折射光線(xiàn)偏離法線(xiàn),A對(duì);當(dāng)波垂直界面入射時(shí),傳播方向盡管不改變,但由于介質(zhì)發(fā)生改變,波速和波長(zhǎng)都改變,但周期、頻率不變,B錯(cuò),C對(duì);波發(fā)生折射時(shí)也可以在兩種介質(zhì)界面上發(fā)生反射現(xiàn)象,D錯(cuò)。,【探究訓(xùn)練】1.(2018哈爾濱高二檢測(cè))人耳只能區(qū)分相差0.1s以上的兩個(gè)聲音,人要聽(tīng)到自己講話(huà)的回聲,障礙物的距離至少要大于(空氣中聲速為340m/s)()A.34mB.17mC.100mD.170m,【解析】選B。設(shè)障礙物至少和人相距為x,則應(yīng)有2x=vt,可得x==17m,故B對(duì)。,2.(2018鄭州高二檢測(cè))下列說(shuō)法中正確的是()A.根據(jù)惠更斯原理可知,介質(zhì)中任一波面上的各點(diǎn),都可以看作發(fā)射子波的波源B.惠更斯原理只能解釋球面波的傳播,不能解釋平面波的傳播,C.若知道某時(shí)刻一列波的某個(gè)波面的位置,由惠更斯原理可以確定波的傳播方向D.惠更斯原理不能解釋波的直線(xiàn)傳播,可以解釋波的反射與折射等相關(guān)現(xiàn)象,【解析】選A。根據(jù)惠更斯原理,我們可以知道,介質(zhì)中任意波面上的各點(diǎn),都可以看作發(fā)射子波的波源,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,A正確;惠更斯原理可以解釋球面波的傳播,也可以解釋平面波的傳播,B錯(cuò)誤;若知道某時(shí)刻一列波的某個(gè)波面的位置,還必須知道波速,利用惠更斯原理可以得到下一時(shí)刻這個(gè)波的位置,從而確定波的傳播方向,故C,錯(cuò)誤;惠更斯原理只能解釋波的傳播方向,不能解釋波的強(qiáng)度,所以無(wú)法說(shuō)明衍射現(xiàn)象和狹縫或障礙物的大小關(guān)系,也無(wú)法解釋波的反射與折射等相關(guān)現(xiàn)象,故D錯(cuò)誤。,3.(2018廣州高二檢測(cè))如圖所示是一列機(jī)械波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)中發(fā)生的折射現(xiàn)象,已知波在介質(zhì)Ⅰ中的傳播速度為v1=200m/s,則波在介質(zhì)Ⅱ中的傳播速度v2=m/s。,【解析】由波的折射定律可得,波在介質(zhì)Ⅱ中的傳播速度答案:141.4,【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.(多選)下列說(shuō)法正確的是()A.聲波的反射遵守與光波反射類(lèi)似的反射定律B.聲波發(fā)生折射時(shí),頻率、波長(zhǎng)、波速均要改變C.水中的聲波是縱波D.一個(gè)劇院滿(mǎn)座時(shí)交響樂(lè)混響時(shí)間比空座時(shí)長(zhǎng),【解析】選A、C。聲波發(fā)生折射時(shí),頻率不改變;一個(gè)劇院滿(mǎn)座時(shí)聲音在傳播過(guò)程中經(jīng)多次反射,能量損失得更快。,2.如圖所示,圖甲是高速公路上用超聲波測(cè)速儀測(cè)量車(chē)速的示意圖,測(cè)速儀發(fā)出并接收超聲波脈沖信號(hào),根據(jù)發(fā)出和接收的信號(hào)間的時(shí)間差,測(cè)出被測(cè)物體的速度。圖乙中P1、P2是測(cè)速儀發(fā)出的超聲波信號(hào),n1、n2分別是P1、P2由汽車(chē)反射回來(lái)的信號(hào),設(shè)測(cè)速儀勻速掃描,P1、P2之間的時(shí)間間隔Δt=1.0s,超聲波在空氣中傳播速度是v=340m/s,若汽車(chē)是勻速行駛的,則根據(jù)圖乙,可知,汽車(chē)在接收到P1、P2兩個(gè)信號(hào)之間的時(shí)間內(nèi)前進(jìn)的距離是m,汽車(chē)的速度是m/s。,【解析】由題圖知1s對(duì)應(yīng)30格,每一小格對(duì)應(yīng)s。設(shè)汽車(chē)在接收到P1、P2兩個(gè)信號(hào)時(shí)距測(cè)速儀距離分別為s1、s2,則s1對(duì)應(yīng)P1n1之間,s1=340m=68m,s2對(duì)應(yīng)P2n2之間,s2=340m=51m,汽車(chē)在接收到P1、P2兩個(gè)信號(hào)之間的時(shí)間內(nèi)前進(jìn)的距離為s1-s2=68m-51m=17m。已知測(cè)速儀勻速掃描,由題圖乙中記錄的數(shù)據(jù)可知,這段距離所用的時(shí)間為P1n1中點(diǎn)到P2n2中點(diǎn),Δt′=,(1-)s=0.95s,所以汽車(chē)的速度v汽=答案:1717.9,【課堂小結(jié)】,