人教版 (新课标)选修3选修3-4第十二章 机械波6 惠更斯原理教学ppt课件

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第六节 惠更斯原理
1．知道什么是波面、波线，知道它们之间的关系．2．知道什么是球面波，什么是平面波．3．知道什么是波的反射及如何用惠更斯原理解释波的反射现象．4．知道什么是波的折射及如何用惠更斯原理解释波的折射现象．
一、波面和波线1．波面和波线概念(1)波面：在波的传播过程中，某时刻任何振动状态都相同的介 质质点所组成的面．(2)波线：指与波面垂直的那些线，代表了波的传播方向．如图所示．
2．波的分类(1)球面波：由空间一点发出的波，它的波面是以波源为球心的一个个球面，波线就是这些球面的半径．(2)平面波：指波面是平面的波．　
二、惠更斯原理1．内容：介质中任一波面上的各点，都可以看作发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面．2．应用 (1)如果知道某时刻一列波的某个波面的位置，还知道波速，利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个波面的位置，从而确定波的传播方向．　
(2)利用惠更斯原理只能解释衍射现象中波的传播方向，不能解释波的强度，无法说明衍射现象与狭缝或障碍物大小的关系．　
三、波的反射和折射1．反射现象：波遇到介质界面会反回来继续传播的现象．2．折射现象：波从一种介质射入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象．如图所示．
3．入射角、反射角和折射角(1)入射角：入射波的波线与界面法线的夹角，如图中i、θ1. (2)反射角：反射波的波线与界面法线的夹角，如图中i′.(3)折射角：折射波的波线与界面法线的夹角，如图中θ2.　
一、对惠更斯原理的理解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．　
二、波的反射及应用1．回声测距(1)当声源不动时，声波遇到了静止障碍物会被反射回来继续传播，由于反射波与入射波在同一介质中传播速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下，用的时间相等．设经过时间t听到回声，则声源距障碍物的距离为s＝½vt　
(2)当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时，声源发声时障碍物到声源的距离为s＝½(v声＋v)t.(3)当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离静止的声源时，声源发声时障碍物到声源的距离为s＝½(v声－v)t.　
2．超声波定位：蝙蝠、海豚能发出超声波．超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来．蝙蝠、海豚就是根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物的位置，从而确定飞行或游动方向．　
三、波的反射和波的折射1．波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射现象和折射现象，一些物理量相应地发生变化，比较如下：　
2.说明(1)频率f由波源决定，故无论是反射波的频率还是折射波的频率都与入射波的频率，即波源的振动频率相同．(2)波速v由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变，而折射波与入射波在不同介质中传播，所以波速变化．(3)据v＝λf 知，波长A与v及f 有关，即与介质和波源有关，反射波与入射波在同一介质中波速相同，频率相同，故波长相同．折射波与入射波在不同介质中传播，v不同，f相同，故λ不同．　
一、对惠更斯原理的理解【例1】　(多选题)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．同一波面上质点的振动情况可能不同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，波线始终垂直波面　
【答案】　ACD【解析】　由惠更斯的理论可知，波面就是由振动状态相同的点组成的面，故A选项正确，B选项错误；由于波在均匀介质中各个方向的传播速度大小相等，所以一个点波源所形成的波面是以波源为球心的一个个球面，C选项正确；波线就是垂直波面向前的波的传播方向，故D选项正确．　
巩固练习1　(多选题)关于惠更斯的理解，下列说法正确的是(　　)A．惠更斯原理能够解释波的反射和折射现象B．惠更斯原理能够解释波的衍射C．介质中任何一个波面的各点，都可以看成发射子波的波源D．惠更斯原理能够解释衍射现象与障碍物或孔的大小关系　
答案　ABC解析　惠更斯原理解释了波的传播方向上的问题，所以能够解释波的反射现象和折射现象，故A选项正确．同样，惠更斯原理也可以解释波的衍射，但不能解释衍射现象与孔或障碍物大小的关系，故B选项正确，D选项错误；由惠更斯原理可知，C选项正确．　
二、波的反射现象与v＝λf 的综合应用【例2】　某物体发出的声音在空气中的波长为1 m，波速为340 m/s，在海水中的波长为4.5 m，此物体在海面上发出的声音经0.5 s听到回声，则海水深为多少米？ 　
【答案】　382.5 m
【解析】　同一列波在不同介质中保持不变的是频率，由波速公式v＝fλ，f＝v/λ＝340/1＝340 Hz.声音在海水中的传播速度v海＝λ海f＝4.5×340＝1530 m/s海水的深度h＝½v海t＝1530×0.5 ×1/2m＝382.5 m.　
巩固练习2　某测量员是这样利用回声测距的：他站在两平行峭壁间某一位置鸣枪，经1.00 s第1次听到回声，又经过0.5 s再次听到回声，已知声速为340 m/s，则两峭壁间的距离为多少米？　
【答案】 　425 m