高中物理 第12章 機械波 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,任何振動狀態(tài)相同的點都組成了一個個圓,這些圓叫作一個個波面。 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:由空間一點發(fā)出的波,它的波面是以波源為球心的一個個球面,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,都可以看作發(fā)射子波的波源,其后任意時刻,這些子波在波前進方向的包絡(luò)面就是新的波面。 (2)解釋現(xiàn)象的過程:如果知道某時刻一列波的某個波面的位置,還知道波速,利用惠更斯原理可以得到下一時刻這個波面的位置,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)進入另一種介質(zhì)時,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)于對惠更斯原理的理解,下列說法錯誤的是( ) A.同一波面上的各質(zhì)點振動情況完全相同 B.同一波面上的各質(zhì)點振動情況可能不相同 C.球面波的波面是以波源為中心的一個個球面 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:波面是由任意時刻振動情況完全相同的點構(gòu)成的面,故選項A正確,B錯誤;由波面和波線的概念,不難判定選項C、D正確。 答案:B,,,探究一,探究二,探究三,探究一對惠更斯原理的理解 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.惠更斯原理的實質(zhì) 波面上的每一點(面源)都是一個次級球面波的子波源,子波的波速與頻率等于初級波的波速和頻率,此后每一時刻的子波波面的包絡(luò)面就是該時刻總的波動的波面。其核心思想是介質(zhì)中任一處的波動狀態(tài)是由各處的波動決定的。 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.空間點波源發(fā)出的球面波,其波面是一個球面,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,波面各點都可看作一個子波源,子波前進的方向的包絡(luò)面就是該時刻的波面 D.利用惠更斯原理,只要知道t時刻波面的位置和波速,就可確定t+Δt時刻波面的位置 解析:球面波的波線沿球面的半徑方向,A錯誤;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時刻波面的位置和波速,就可確定另一時刻的波面的位置,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38190060下列說法正確的是( ) A.波在介質(zhì)中傳播的過程中,振動相同的點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,同一波面上各點的振動情況完全一樣 D.波面上的各點都可以看作一個個新的小波源,稱為子波,子波在前進方向上任意時刻形成的包絡(luò)面,就是新波面,探究一,探究二,探究三,解析:振動相同的點在同一時刻組成的面,叫波面,故A錯誤;波線表示波的傳播方向,在同一種介質(zhì)中傳播時,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,表示為折線或曲線,但總跟在對應(yīng)介質(zhì)中的波面垂直,故B正確;波面是同一時刻各點連線組成的,其上各點振動情況一樣,可以看作相同的一個個新的小波源,這些波向前傳播情況一樣,經(jīng)過相同時間到達的位置的連線又可以連接成一個面,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 人們聽不清對方說話時,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 波遇到障礙物會返回來繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。反射波的波長、頻率和波速都跟入射波相同,利用波的反射可以進行回聲測距和超聲波定位。 2.回聲測距 (1)當聲源不動時,聲波遇到了靜止障礙物會返回來繼續(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,用的時間相等,設(shè)經(jīng)過時間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)當聲源以速度v向靜止的障礙物運動或障礙物以速度v向靜止的聲源運動時,聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為 (3)當聲源以速度v遠離靜止的障礙物或障礙物以速度v遠離靜止的聲源時,聲源發(fā)聲時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時會被反射回來。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,汽車鳴笛2 s后司機聽到回聲,此時汽車距山崖的距離有多遠?(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,二者運動時間相同。如圖所示。 設(shè)汽車在A點發(fā)出笛聲,A點到山崖B的距離為x1,汽車運動到C點接收到笛聲,設(shè)AC距離為x2,CB距離為x,因二者運動時間相同,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 當一個探險者進入一個山谷后,為了估測出山谷的寬度,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間為t1=0.5 s,左邊的聲波從發(fā)出到反射回來所用的時間為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進入介質(zhì)Ⅱ時頻率變化嗎?波長變化嗎?,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為0.25 m。當該聲波傳入某種介質(zhì)中時,波長變?yōu)?.8 m,若空氣中的聲速是340 m/s。求: (1)該聲波在介質(zhì)中傳播時的頻率。 (2)該聲波在介質(zhì)中傳播的速度。 點撥:(1)當聲波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時頻率不變。 (2)機械波在任何介質(zhì)中傳播時波速公式都成立。,,探究一,探究二,探究三,解析:(1)聲波在空氣中傳播時,由v=λf得 由于聲波在不同介質(zhì)中傳播時,頻率不變, 所以聲波在該介質(zhì)中傳播時,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38190061同一音叉發(fā)出的聲波同時在水和空氣中傳播,某時刻的波形曲線如圖所示,以下說法正確的是( ) A.聲波在水中波長較大,b是水中聲波的波形曲線 B.聲波在空氣中波長較大,b是空氣中聲波的波形曲線 C.水中質(zhì)點振動頻率較高,a是水中聲波的波形曲線 D.空氣中質(zhì)點振動頻率較高,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頻率相同。但機械波在介質(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,聲波在水中的波長應(yīng)較大,對應(yīng)于題圖中波形曲線b,故只有選項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B正確,C、D錯誤;由于水波不能在三維空間中傳播,所以它不是球面波,選項A錯誤。 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錯誤,B正確;波線表示波的傳播方向,C正確,D錯誤。 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)備制作時要考慮混合效應(yīng) C.夏日的雷聲有時轟鳴不絕 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B、C正確。波在不同種介質(zhì)中傳播是折射現(xiàn)象,選項D不正確;A是衍射現(xiàn)象,選項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,波的頻率不變,波速變小,波長變短 B.波發(fā)生反射時,頻率、波長、波速均不變 C.波發(fā)生折射時,波的頻率不變,但波長、波速發(fā)生變化 D.波發(fā)生折射時,波的頻率、波長、波速均發(fā)生變化 解析:波發(fā)生反射時,在同一種介質(zhì)中運動,因此波長、波速和頻率不變;波發(fā)生折射時,頻率不變,波速變,波長變,故選項B、C正確,A、D錯誤。 答案:BC,,,1 2 3 4 5,,,,,,5.導(dǎo)學(xué)號38190062(選做題)某物體發(fā)出的聲音在空氣中的波長為1 m,波速為340 m/s,在海水中的波長為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相同,則海水深為 答案:(1)340 1 530 (2)1 147.5 m,,,