高中物理选修3-4第二篇学案4习题 课后作业,有详细解答.docxVIP

学案4　惠更斯原理　波的反射与折射[学习目标定位]　1.知道什么是波面和波线.2.了解惠更斯原理，会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．光的反射定律：光从一种介质射到两种介质的分界面时发生反射，反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧，反射角等于入射角．一、惠更斯原理波在传播过程中所到达的每一点都可看做新的波源，从这些点发出球面形状的子波，其后任一时刻这些子波波前的包络面就是新的波前．二、波的反射当波传播到两种介质的交界处发生反射时，入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分别位于法线两侧，而且反射角等于入射角；反射波的波长、频率和波速都与入射波相同．三、波的折射波在介质中发生折射时，入射线、法线、折射线(即折射波线)在同一平面内，入射线与折射线分别位于法线两侧，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比等于波在第一种介质中的传播速度跟波在第二种介质中的传播速度之比，即＝.一、惠更斯原理[问题设计]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)组成一个个圆．[要点提炼]1．波面与波线(1)波面：从波源发出的波经过同一传播时间而达到的各点所组成的面，叫做波面，最前面的波面叫做波前．如图1所示．　图1波面为球面的波叫球面波．波面为平面的波叫平面波．(2)波线：从波源沿着波的传播方向画出的带箭头的线称为波线，它表示波的传播方向．2．惠更斯原理(1)内容：波在传播过程中所到达的每一点都可看做新的波源，从这些点发出球面形状的子波，其后任一时刻这些子波波前的包络面就是新的波前，这就是惠更斯原理．又叫惠更斯作图法．(2)应用：如果已知一列波某时刻波前的位置，还知道波速，根据惠更斯原理就可以得到下一时刻波前的位置，从而确定波的传播方向．二、波的反射和折射[问题设计]1．对着山崖或高墙说话时，能听到回声；夏日的雷声在云层间轰鸣不绝，你知道这是怎么回事吗？答案　这两种现象都是由于声波的反射造成的．2．波不仅有反射现象，也有折射现象，请用惠更斯原理解释波的反射和折射现象．答案　(1)波的反射的解释：如图所示，a、c、b三条波线并不同时到达界面，它们到达界面时产生子波的时间也就有先有后，子波传播的距离也就有远有近，A′B′是新的波面，与反射波方向垂直．但由于反射波与入射波相比，波长、波速和频率都不变．所以在图中直角三角形A′AB′≌直角三角形BB′A.也就可以进一步证明入射角i＝反射角i′.(2)波的折射的解释如图所示，波线a首先于时刻t由介质1到达界面，之后又经过时间Δt，波线b也到达界面；这时A、C′两点发出的子波在介质2中的包络面为图中的A′B′，这是波进入介质2之后的新的波面．由于是两种不同的介质，其中波的传播速度v1、v2不一定相同，在Δt时间内，两条波线传播的距离AA′和BB′也不一定相同，因此波进入第二种介质后传播方向常常发生偏折．若波在介质1中的速度为v1，在介质2中的速度为v2，则＝.[要点提炼]1．波的反射(1)概念：波在传播的过程中，遇到两种介质的分界面时返回到原介质继续传播的现象叫做波的反射．图2(2)反射定律：如图2所示，当波传播到两种介质的交界处发生反射时，入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分别位于法线两侧，而且反射角等于入射角．反射波的波长、频率和波速都与入射波相同．2．波的折射(1)概念：波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波传播的方向发生偏折的现象叫做波的折射．(2)实质：波发生折射的原因是在不同介质中波的速度不同．图3(3)折射定律：如图3所示，波在介质中发生折射时，入射线、法线、折射线(即折射波线)在同一平面内，入射线与折射线分别位于法线两侧，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比等于波在第一种介质中的传播速度跟波在第二种介质中的传播速度之比，即＝.[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f、波速v和波长λ各自是如何变化的吗？请完成下表.　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λ不变改变说明频率f由波源决定；波速v由介质决定；由v＝λf知，波长λ与频率f、波速v有关.一、对惠更斯原理的理解例1　利用惠更斯原理解释这个现象：如图4所示，在直线波纹的水波传播过程中，到达一个宽度与波长相差不多的狭缝时，在狭缝后面的波纹呈圆形，且以缝为圆心沿半径方向向周边传去．图4答案　因波在传播过程中所到达的每一点都可看做新波源，所以当波面到达挡板上的狭缝时，位于狭缝的点是新波源，