高中物理 第12章 機(jī)械波 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,填一填,練一練,1.波面和波線(見課本第40頁) (1)概念 ①波面:波傳播過程中,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波線:與波面垂直的那些線代表了波的傳播方向,叫作波線。如圖所示。 (2)波的分類 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)球面,波線就是這些球面的半徑,這樣的波稱為球面波。(如圖甲) ②平面波:指波面是平面的波。(如圖乙),,,,,,,,填一填,練一練,2.惠更斯原理(見課本第40頁) (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。 (2)解釋現(xiàn)象的過程: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。,,,,,,,填一填,練一練,3.波的反射和折射(見課本第41頁) (1)反射現(xiàn)象:波遇到介質(zhì)界面會(huì)返回來繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。 (2)折射現(xiàn)象: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。如圖所示。 (3)入射角、反射角和折射角: ①入射角:入射波的波線與界面法線的夾角,如圖中i、θ1。 ②反射角:反射波的波線與界面法線的夾角,如圖中i'。 ③折射角:折射波的波線與界面法線的夾角,如圖中θ2。,,,,,,,,,,填一填,練一練,關(guān)于對(duì)惠更斯原理的理解,下列說法錯(cuò)誤的是( ) A.同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況完全相同 B.同一波面上的各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況可能不相同 C.球面波的波面是以波源為中心的一個(gè)個(gè)球面 D.無論怎樣的波,波線始終和波面垂直 解析:按照惠更斯原理:波面是由任意時(shí)刻振動(dòng)情況完全相同的點(diǎn)構(gòu)成的面,故選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;由波面和波線的概念,不難判定選項(xiàng)C、D正確。 答案:B,,,探究一,探究二,探究三,探究一對(duì)惠更斯原理的理解 問題導(dǎo)引 如圖是波在傳播過程中的一種現(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?,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,名師精講 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,而倒退波顯然是不存在的。,典例剖析 【例題1】 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+Δt時(shí)刻波面的位置 解析:球面波的波線沿球面的半徑方向,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,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。 答案:BCD,探究一,探究二,探究三,,,探究一,探究二,探究三,變式訓(xùn)練1 導(dǎo)學(xué)號(hào)38190060下列說法正確的是( ) A.波在介質(zhì)中傳播的過程中,振動(dòng)相同的點(diǎn)連接起來組成的面就叫做波面 B.波線是用來表示波的傳播方向的,波線與波面總是垂直的 C.無論是球面波,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,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C、D均正確。 答案:BCD,,探究一,探究二,探究三,探究二波的反射及其應(yīng)用 問題導(dǎo)引 人們聽不清對(duì)方說話時(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?,探究一,探究二,探究三,名師精講 1.波的反射 波遇到障礙物會(huì)返回來繼續(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,設(shè)經(jīng)過時(shí)間t聽到回聲,則聲源距障礙物的距離為,探究一,探究二,探究三,(2)當(dāng)聲源以速度v向靜止的障礙物運(yùn)動(dòng)或障礙物以速度v向靜止的聲源運(yùn)動(dòng)時(shí),聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的距離為 (3)當(dāng)聲源以速度v遠(yuǎn)離靜止的障礙物或障礙物以速度v遠(yuǎn)離靜止的聲源時(shí),聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的距離 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。蝙蝠、海豚就是根據(jù)接收到反射回來的超聲波來確定障礙物或食物的位置,從而確定飛行或游動(dòng)方向。,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例題2】 如圖所示,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)聽到回聲,此時(shí)汽車距山崖的距離有多遠(yuǎn)?(v聲=340 m/s),探究一,探究二,探究三,解析: 汽車勻速行駛,速度為v車=15 m/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+x① x1+x=v聲t=340 m/s·t② x2=v車t=15 m/s·t③ 聯(lián)立①②③得x=325 m。 答案:325 m,,探究一,探究二,探究三,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0.5 s聽到右邊山坡反射回來的聲音,又經(jīng)過1.5 s后聽到左邊山坡反射回來的聲音,若聲速為340 m/s,則這個(gè)山谷的寬度約為( ) A.170 m B.340 m C.425 m D.680 m 解析:右邊的聲波從發(fā)出到反射回來所用時(shí)間為t1=0.5 s,左邊的聲波從發(fā)出到反射回來所用的時(shí)間為t2=2 s。山谷的寬度 答案:C,,,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,探究三波的反射、折射現(xiàn)象中各量的變化 問題導(dǎo)引 如圖所示兩波的示意圖,波由介質(zhì)Ⅰ進(jìn)入介質(zhì)Ⅱ時(shí)頻率變化嗎?波長(zhǎng)變化嗎?,探究一,探究二,探究三,名師精講 波向前傳播在兩介質(zhì)的界面上同時(shí)發(fā)生了反射和折射現(xiàn)象,一些物理量相應(yīng)發(fā)生了變化,比較如下:,探究一,探究二,探究三,說明 1.頻率f由波源決定,故無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=λf知,波長(zhǎng)λ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λ不同。,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【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。 點(diǎn)撥:(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)機(jī)械波在任何介質(zhì)中傳播時(shí)波速公式都成立。,,探究一,探究二,探究三,解析:(1)聲波在空氣中傳播時(shí),由v=λf得 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=λf得 v2=λ2f=0.8×1 360 m/s =1 088 m/s。 答案:(1)1 360 Hz (2)1 088 m/s,,探究一,探究二,探究三,變式訓(xùn)練3 導(dǎo)學(xué)號(hào)38190061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,解析:波的頻率取決于波源的振動(dòng)頻率,與介質(zhì)無關(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=λf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 5,,,,,,1.下列說法中正確的是( ) A.水波是球面波 B.聲波是球面波 C.只有橫波才能形成球面波 D.只有縱波才能形成球面波 解析:根據(jù)球面波的定義可知:若波面是球面則為球面波,與橫波、縱波無關(guān),由此可知選項(xiàng)B正確,C、D錯(cuò)誤;由于水波不能在三維空間中傳播,所以它不是球面波,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。 答案:B,,,1 2 3 4 5,,,,,,2.下列說法中正確的是( ) A.只有平面波的波面才與波線垂直 B.任何波的波線都跟波面垂直 C.任何波的波線都能表示波的傳播方向 D.有些波的波面表示傳播方向 解析:任何波線都與波面互相垂直,A錯(cuò)誤,B正確;波線表示波的傳播方向,C正確,D錯(cuò)誤。 答案:BC,,,1 2 3 4 5,,,,,,3.下列現(xiàn)象中屬于聲波反射現(xiàn)象的是( ) A.隔著墻能聽到房間外面有人講話 B.音響設(shè)備制作時(shí)要考慮混合效應(yīng) C.夏日的雷聲有時(shí)轟鳴不絕 D.在水里的人能聽到岸上的聲音 解析:反射現(xiàn)象是波在同一種介質(zhì)中的傳播,因此選項(xiàng)B、C正確。波在不同種介質(zhì)中傳播是折射現(xiàn)象,選項(xiàng)D不正確;A是衍射現(xiàn)象,選項(xiàng)A也不正確。 答案:BC,,,1 2 3 4 5,,,,,,4.下列說法正確的是( ) A.波發(fā)生反射時(shí),波的頻率不變,波速變小,波長(zhǎng)變短 B.波發(fā)生反射時(shí),頻率、波長(zhǎng)、波速均不變 C.波發(fā)生折射時(shí),波的頻率不變,但波長(zhǎng)、波速發(fā)生變化 D.波發(fā)生折射時(shí),波的頻率、波長(zhǎng)、波速均發(fā)生變化 解析:波發(fā)生反射時(shí),在同一種介質(zhì)中運(yùn)動(dòng),因此波長(zhǎng)、波速和頻率不變;波發(fā)生折射時(shí),頻率不變,波速變,波長(zhǎng)變,故選項(xiàng)B、C正確,A、D錯(cuò)誤。 答案:BC,,,1 2 3 4 5,,,,,,5.導(dǎo)學(xué)號(hào)38190062(選做題)某物體發(fā)出的聲音在空氣中的波長(zhǎng)為1 m,波速為340 m/s,在海水中的波長(zhǎng)為4.5 m。 (1)該波的頻率為 Hz,在海水中的波速為 m/s。 (2)若物體在海面上向海水發(fā)出的聲音經(jīng)1.5 s聽到回聲,則海水深為多少? 解析:(1)由v=λf得 因波的頻率不變,則波在海水中的波速為 v海=λ海f=4.5×340 m/s=1 530 m/s。 (2)入射聲波和反射聲波用時(shí)相同,則海水深為 答案:(1)340 1 530 (2)1 147.5 m,,,