1、12.4 惠更斯原理 波的反射与折射学习目标1.知道什么是波面和波线.2.了解惠更斯原理，了解用惠更斯原理解释波的反射与折射现象.3.认识波的反射和折射现象，知道反射定律和折射定律1惠更斯原理：介质中波前上的各点，都可以看作是一个新的波源(子波源)，并发出子波；其后，这些子波的包络面就是新的波面2波的反射定律：当波传播到两种介质的分界面处发生反射，入射波的波线、法线、反射波的波线在同一平面内，入射波的波线与反射波的波线分别位于法线的两侧，而且反射角等于入射角3波在介质中发生折射时，入射波的波线、法线以及折射波的波线在同一平面内，入射波的波线与折射波的波线分别位于法线的两侧，入射角的正弦跟折射角
2、的正弦之比，等于波在第一种介质中的波速跟波在第二种介质中的波速之比，即 .sinisinr v1v2一、惠更斯原理导学探究 把一颗石子投到平静的池塘里，会激起一圈圈起伏不平的水面波向周围传播，你知道向四面八方传播的波峰(波谷)为什么组成一个个的圆形吗？答案 因为水波由波源向周围传开，由于向各个方向的波速都一样，所以向四面八方传播的波峰(波谷)组成一个个的圆形知识深化1波面和波线(1)波面：波在介质中传播时，任一时刻介质振动步调相同的点的包络面叫做波面最前面的波面又叫波前，波面是平面的波叫做平面波，波面是球面的波叫做球面波(2)波线：垂直于波面并指向波传播方向的直线叫做波线，如图 1 所示为球面
3、波的波面与波线示意图2图 12惠更斯原理(1)内容：介质中波前上的各点，都可以看作是一个新的波源(子波源)，并发出子波；其后，这些子波的包络面就是新的波面这就是惠更斯原理(2)作用：如果知道某时刻一列波的某个波面的位置，还知道波速，利用惠更斯原理就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例 1 下列说法中正确的是( )A根据惠更斯原理可知，介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源B惠更斯原理只能解释球面波的传播，不能解释平面波的传播C若知道某时刻一列波的某个波面的位置，由惠更斯原理可以确定波的传播方向D惠更斯原理不能解释波的直线传播，可以解释波的反射与折射等相关现象答案 A
4、解析 根据惠更斯原理，我们可以知道，介质中任意波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，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，A 正确；惠更斯原理既可以解释球面波的传播，也可以解释平面波的传播，B 错误；仅知道某时刻一列波的某个波面的位置，无法确定波的传播方向，故 C 错误；惠更斯原理能解释波的直线传播、反射与折射等相关现象，故 D 错误二、机械波的反射和折射导学探究1我们知道光有反射、折射现象，机械波是否也具有反射、折射现象呢？能举例说明机械波的反射现象吗？答案 机械波也具有反射和折射现象，声波的反射现象比较常见例如：对着山崖或高墙说话时，听到的回声；夏日的雷声轰鸣不绝，是声
5、波在云层界面的多次反射2请用惠更斯原理推导波的反射定律答案 如图所示，一列平面波射到两种介质的界面，由于入射波的传播方向与界面不垂直，a、 b、 c 三条波线不同时到达界面，过 a 的入射点 A 作波面 AF，在波面 AF 上找三点A、 C、 B 作为子波源；设波速为 v，取时间间隔 t ；作 t 时间后子波源 A、 C、 BBBv发出的子波波面 B F，根据波线与波面的方位关系画出反射波线3在直角三角形 AB B 和直角三角形 B AA中， AB是公共边， B B A A，因此两直角三角形全等，有： A AB BB A所以有： i i，即波的反射中，反射角等于入射角知识深化1波的反射(1)反
6、射现象：波遇到介质界面会返回来继续传播的现象(2)入射角和反射角：入射角：入射波的波线与界面法线的夹角，如图 2 中的 .反射角：反射波的波线与界面法线的夹角，如图 2 中的 .反射规律：反射角等于入射角，即 .图 22波的折射(1)折射现象波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向通常会发生改变的现象如图 3 所示图 3(2)折射定律内容：入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第一种介质中的波速跟波在第二种介质中的波速之比公式： .sinisinr v1v2(3)相对折射率 n12 .v1v2延伸思考波向前传播的过程中，在两个介质的界面同时发生了反射和折射现象，你知道反射波和折射波的频率
7、f、波速 v 和波长 各自是如何变化的？请完成下表.4现象比较项 波的反射 波的折射频率 f 不变 不变波速 v 不变 改变波长 不变 改变说明频率 f 由波源决定；波速 v 由介质决定；由 v f 知，波长 与频率 f、波速 v 有关.例 2 图 4 中 1、2、3 分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则( )图 4A2 与 1 的波长、频率相等，波速不等B2 与 1 的波速、频率相等，波长不等C3 与 1 的波速、频率、波长均相等D3 与 1 的频率相等，波速、波长均不等答案 D解析 波 1、2 都在介质 a 中传播，故 1、2 的频率、波速、波长均相等，A、B 错；波1、3 是在两种不
8、同介质中传播，波速不等，但波源没变，因而频率相等，由 得波长vf不等，故 C 错，D 对针对训练 同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播，某时刻的波形曲线如图 5 所示，以下说法正确的是( )图 5A声波在水中波长较大， b 是水中声波的波形曲线B声波在空气中波长较大， b 是空气中声波的波形曲线C水中质点振动频率较高， a 是水中声波的波形曲线D空气中质点振动频率较高， a 是空气中声波的波形曲线答案 A解析 波源相同，声波在水和空气中频率相同，而在水中波速大，由 v f 可知，水中波5长大，故选 A.三、波的反射现象的应用例 3 某测量员利用回声测距，他站在两平行墙壁间某一位置鸣枪，经过
9、1s 第一次听到回声，又经过 0.5s 再次听到回声，已知空气中的声速为 340m/s，则两墙壁间的距离为多少？答案 425m解析 设测量员离较近的墙壁的距离为 x，则他离较远的墙壁的距离为 s x,2x vt12(s x) v(t1 t)其中 t0.5 s， t11 s，代入数据得： s425 m.1惠更斯原理Error!2波的反射与折射Error!1(多选)下列说法中不正确的是( )A只有平面波的波面才与波线垂直B任何波的波线与波面都相互垂直C任何波的波线都表示波的传播方向D有些波的波面表示波的传播方向答案 AD解析 任何波的波线都与波面相互垂直，波线表示波的传播方向，故 B、C 正确，A
10、、D 错误2(多选)关于对惠更斯原理的理解，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同一振源的不同波面上的质点的振动情况可能相同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，波线始终和波面垂直答案 ACD3声波从声源发出，在空中向外传播的过程中( )A波速在逐渐变小 B频率在逐渐变小C振幅在逐渐变小 D波长在逐渐变小答案 C解析 声波在空中向外传播时，不管是否遇到障碍物而引起反射，其波速只由空气介质决6定频率(由振源决定)和波长( v/f)均不变，所以 A、B、D 错；又因为机械波是传递能量的方式，能量在传播过程中会减小，故其振幅也就逐渐变小，C 正确4(多选)下
11、列关于波的认识，哪些是正确的( )A潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理B隐 形 飞 机 怪 异 的 外 形 及 表 面 涂 特 殊 隐 形 物 质 ， 是 为 了 减 少 波 的 反 射 ， 从 而 达 到 隐 形 的 目的C雷达的工作原理是利用波的反射D水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的反射现象答案 ABC解析 A、B、C 选项中应用了波的反射现象；D 选项应用了波的折射现象，深水区和浅水区视为不同介质，故波的传播方向发生改变，故 D 错误一、选择题1下列说法中正确的是( )A水波是球面波B声波是球面波C只有横波才能形成球面波D只有纵波才能形成球面波答案 B
12、解析 该题考查了波面，根据球面波的定义可知：若波面是球面则为球面波，与是横波还是纵波无关，故 C、D 不正确，由此可知 B 正确由于水波不能在空间中传播，所以它是平面波，A 不正确2(多选)下列说法正确的是( )A入射波面与法线的夹角为入射角B入射波面与界面的夹角为入射角C入射波线与法线的夹角为入射角D入射角跟反射角相等答案 CD3关于波的反射与折射，下列说法正确的是( )A入射波的波长一定等于反射波的波长，其频率不变B入射波的波长一定小于反射波的波长，其频率不变C入射波的波长一定大于折射波的波长，其频率不变7D入射波的波长一定小于折射波的波长，其频率不变答案 A解析 入射波与反射波在同种介质
13、中波速相同，频率由波源决定，频率相同，由 v f 知波长相同，选项 A 正确，B 错误；因不知介质情况，入射波与折射波波长无法比较，选项C、D 错误4如图 1 所示是一列机械波从一种介质进入另一种介质中发生的现象，已知波在介质中的波速为 v1，波在介质中的波速为 v2，则 v1 v2为( )图 1A1 B. 12 2C. D. 3 2 2 3答案 C解析 由折射定律 ，可知 ，故 C 选项正确sinisinr v1v2 v1v2 sin60sin45 325人耳只能区分相差 0.1s 以上的两个声音，人要听到自己讲话的回声，离障碍物的距离至少要大于( )A34m B17mC100m D170m
14、答案 B解析 声波在空气中传播的速度约为 340m/s.因此 2s vt， s 17m，B 正确vt26甲、乙两人平行站在一堵墙前面，两人相距 2am，距墙均为 am，当甲开了一枪后，乙3在 ts 后听到第一声枪响，则乙在什么时候才听到第二声枪响( )A听不到 B甲开枪后 3tsC甲开枪后 2ts D甲开枪后 s3 72答案 C解析 如图所示，第一声枪响是从甲直接传到乙，所用时间 t 2av第二声枪响是声波经墙反射后传到乙根据波的反射定律，反射后声波所走最短路程8s2 m4 am，a2 3a2所需时间 t sv 4av由得： t2 t，故 C 正确二、非选择题7如图 2 所示，图(a)是高速公
15、路上用超声波测速仪测量车速的示意图测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收的信号间的时间差，测出被测物体的速度图(b)中P1、 P2是测速仪发出的超声波信号， n1、 n2分别是 P1、 P2由汽车反射回来的信号设测速仪匀速扫描， P1、 P2之间的时间间隔 t1.0s，超声波在空气中传播速度是 v340m/s.若汽车是匀速行驶，则根据图(b)可知，汽车在接收到 P1、 P2两个信号之间的时间内前进的距离是_m，汽车的速度是_m/s.图 2答案 17 17.9解析 设汽车在接收到 P1、 P2两个信号时距测速仪的距离分别为 s1、 s2，则有：2s12 s2 v t，其中 t 1s0.1
16、s汽车在接收到3.5 0.5 4.4 1.73.5 0.5P1、 P2两个信号的时间间隔内前进的距离为： s1 s2 m17m.v t2 3400.12已知测速仪扫描，由题图(b)记录的数据可求出汽车前进( s1 s2)这段距离所用的时间为 t t s0.95s汽车运动的速度 v m/s17.9 t2 (1.0 0.12) s1 s2 t 170.95m/s.8一列声波在空气中的波长为 0.2m当该声波从空气中以某一角度传入介质中时，波长变为 0.6m，如图 3 所示，若空气中的声速是 340m/s.求：图 3(1)该声波在介质中传播时的频率；(2)该声波在介质中传播的速度；(3)若声波垂直进
17、入介质，经 0.4s 返回空气，则介质的深度为多少？9答案 (1)1700Hz (2)1020m/s (3)204m解析 (1)声波在空气中传播时，由 v f 得： f Hz1700Hz.v1 1 3400.2由于声波在不同介质中传播时，频率不变，所以声波在介质中传播时，频率为 1700Hz.(2)由 v f 得声波在介质中的传播速度为 v2 2f0.61700m/s1 020 m/s.(3)声波经 0.2s 传至介质底部，故介质的深度 h v2 10200.2m204m.t2 t29渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位已知某超声波频率为 1.0105Hz，某时刻该超声波在水中传播的波的图像如图 4 所示图 4(1)从该时刻开始计时，画出 x7.510 3 m 处质点做简谐运动的振动图像(至少一个周期)(2)现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为 4s，求鱼群与渔船间的距离(忽略渔船和鱼群的运动)答案 (1)见解析 (2)3000m解析 (1)如图所示(2)由波形图读出波长 1510 3 m，由波速公式得v f ，鱼群与渔船的距离为x vt，12联立式，代入数据得 x3000m.
