高中物理魯科版4第二章機(jī)械波第2節(jié)波的反射和折射 第2章第2節(jié)

第2節(jié)波的反射和折射惠更斯原理[先填空]1．波面和波線(1)波面：從波源發(fā)出的波，經(jīng)過(guò)同一傳播時(shí)間到達(dá)的各點(diǎn)所組成的面，如圖2-2-1所示．球面波平面波甲乙圖2-2-1 (2)波線：用來(lái)表示波的傳播方向的線，波線與各個(gè)波面總是垂直的．2．波的分類(1)球面波：波面是球面的波．如空氣中的聲波．(2)平面波：波面是平面的波．如水波．3．惠更斯原理(1)內(nèi)容：介質(zhì)中波陣面上的每一個(gè)點(diǎn)，都可以看成一個(gè)新的波源，這些新波源發(fā)出子波，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，這些子波的包絡(luò)面就構(gòu)成下一時(shí)刻的波面．(2)包絡(luò)面：某時(shí)刻與所有子波波面相切的曲面．[再判斷]1．只有平面波的波面才與波線垂直．(×)2．任何波的波線與波面都相互垂直．(√)3．任何波的波線都表示波的傳播方向．(√)[后思考]波面一定是平面嗎？根據(jù)如圖2-2-2思考波線與波面的關(guān)系是怎樣的．圖2-2-2【提示】波面不一定是平面．波線與波面互相垂直，一定條件下由波面可確定波線，由波線可確定波面．[核心點(diǎn)擊]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，而倒退波顯然是不存在的．1．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)情況一定不同C．球面波的波面是以波源為中心的一個(gè)個(gè)球面D．無(wú)論怎樣的波，波線始終和波面垂直E．波面可以表示波的傳播方向【解析】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)的振動(dòng)情況可能相同，如相位相差2π整數(shù)倍的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況相同，故A對(duì)，B錯(cuò)．由波面和波線的概念，不難判定C、D正確．只有波線才能表示波的傳播方向，E錯(cuò)誤．故正確答案為A、C、D.【答案】ACD2．下列敘述中正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：78510019】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E．不同波面上的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況一定不相同【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)刻波面的位置，D正確．不同波面上質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況可能相同，如相位差相差2π整數(shù)倍的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況相同，故E錯(cuò)誤．【答案】BCD利用惠更斯原理解釋波的傳播的一般步驟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及其方向．波的反射和折射[先填空]1．波的反射(1)反射現(xiàn)象：波遇到障礙物時(shí)會(huì)返回來(lái)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象．(2)反射定律：反射波線、入射波線和法線在同一平面內(nèi)，反射波線和入射波線分別位于法線的兩側(cè)；反射角等于入射角．2．波的折射(1)折射現(xiàn)象：波在傳播過(guò)程中，由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生偏折的現(xiàn)象．(2)折射定律：eq\f(sini,sinr)＝eq\f(v1,v2)，式中v1和v2分別是波在介質(zhì)Ⅰ和介質(zhì)Ⅱ中的波速．[再判斷]1．反射波的頻率、波速與入射波相同．(√)2．折射波的頻率、波速與入射波相同．(×)3．發(fā)生波的折射時(shí)，折射角的大小一定和入射角成正比.(×)[后思考]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．你能說(shuō)出其中的道理嗎？圖2-2-3【提示】當(dāng)用手附在耳旁時(shí)，手就可以反射一部分聲波進(jìn)入人耳，以提高耳的接收能力．[核心點(diǎn)擊]1．波向前傳播在兩介質(zhì)的界面上同時(shí)發(fā)生了反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象，一些物理量相應(yīng)地發(fā)生變化，比較如下：波現(xiàn)象波的反射波的折射傳播方向改變i＝i′改變r(jià)≠i頻率f不變不變波速v不變改變波長(zhǎng)λ不變改變2.回聲測(cè)距當(dāng)聲源不動(dòng)時(shí)，聲波遇到了障礙物會(huì)返回來(lái)繼續(xù)傳播，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)時(shí)間t聽(tīng)到回聲，則聲源距障礙物的距離為s＝v聲eq\f(t,2).3．如圖2-2-4所示為一束平面波從介質(zhì)1進(jìn)入另一種介質(zhì)2的情形，則波從介質(zhì)1進(jìn)入介質(zhì)2時(shí)波速將________(選填“增大”或“減小”)，其入射角和折射角的正弦之比為_(kāi)_______．圖2-2-4【解析】由公式eq\f(sini,sinr)＝eq\f(v1,v2)可知，當(dāng)v1＞v2時(shí)，i＞r，即折射角折向法線，折射角小于入射角；當(dāng)v1＜v2時(shí)，i＜r，即折射角折離法線，折射角大于入射角；eq\f(sini,sinr)＝eq\f(sin30°,sin60°)＝eq\f(\f(1,2),\f(\r(3),2))＝eq\f(\r(3),3).【答案】增大eq\f(\r(3),3)4．某物體發(fā)出的聲音在空氣中的波長(zhǎng)為1m，波速為340m/s，在海水中的波長(zhǎng)為4.5m.【導(dǎo)學(xué)號(hào)：78510020】(1)該波的頻率為_(kāi)_________Hz，在海水中的波速為_(kāi)_________m/s.(2)若物體在海面上發(fā)出的聲音經(jīng)s聽(tīng)到回聲，則海水深為多少？(3)若物體以5m/s的速度由海面向海底運(yùn)動(dòng)，則經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間聽(tīng)到回聲？【解析】(1)由f＝eq\f(v,λ)得：f＝eq\f(340,1)Hz＝340Hz.因波的頻率不變，則在海水中的波速為v海＝λf＝×340m/s＝1530m/s.(2)入射聲波和反射聲波用時(shí)相同，則海水深為s＝v海eq\f(t,2)＝1530×eq\f,2)m＝382.5m.(3)物體與聲音運(yùn)動(dòng)的過(guò)程示意圖如圖所示．設(shè)聽(tīng)到回聲的時(shí)間為t，則v物t＋v海t＝2s.代入數(shù)據(jù)解得t＝s.【答案】(1)3401530(2)m(3)s處理波的折射問(wèn)題的三點(diǎn)技巧1．弄清折射現(xiàn)象發(fā)生的條件：當(dāng)波從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，波才發(fā)生折射現(xiàn)象．(當(dāng)波垂直入射時(shí)不發(fā)生折射現(xiàn)象)2．抓住入射波與折射波的區(qū)別與聯(lián)