高中物理 2.3 惠更斯原理及其應用課件 粵教版選修3-4.ppt

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目標導航,預習導引,目標導航,預習導引,一,二,三,四,一、惠更斯原理 1.波面與波線 (1)波面:在波的傳播過程中,某時刻任何振動狀態(tài)都相同的介質(zhì)質(zhì)點所組成的面。在某一時刻,最前面的波面叫做波前。 (2)波線:與各個波面垂直的線,用來表示波的傳播方向。如圖所示。,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,四,2.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。 (2)平面波,指波面是平面的波。 3.惠更斯原理 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。 將一顆石子投到池塘的中央,可以看到一圈圈的水波由中央向外傳播,其中這一圈圈的波峰構(gòu)成的是波面還是波線? 提示 波面。波面由振動狀態(tài)相同的點組成,而波線對應波的傳播方向。,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,四,二、惠更斯原理的應用 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。,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,四,三、波的反射 1.定義:波遇到障礙物時會返回來繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。 2.反射定律 (1)入射角:入射波線與反射面法線的夾角,如圖中的α。 (2)反射角:反射波線與反射面法線的夾角,如圖中的β。 (3)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兩側(cè),反射角等于入射角。,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,四,夏天的雨季,大雨來臨前一道閃電過后,接著我們會聽到一陣“轟轟隆隆”的雷鳴,說一說這種雷聲是怎么形成的。 提示 云層積累的大量電荷放電,形成閃電同時發(fā)出巨大聲音,閃電聲在不同云層之間反復反射,所以較長時間內(nèi)聽到“轟轟隆隆”的聲音。,目標導航,預習導引,一,二,三,四,四、波的折射 1.折射現(xiàn)象 波在傳播過程中,由一種介質(zhì)進入另一種 介質(zhì)時,波的傳播方向發(fā)生偏折的現(xiàn)象, 如圖所示。 2.折射規(guī)律 (1)頻率:頻率不變; (2)波速:發(fā)生變化; (3)波長:發(fā)生變化。 3.折射定律 (1)內(nèi)容:入射角的正弦跟折射角的正弦之比,等于波在第Ⅰ種介質(zhì)中的波速與波在第Ⅱ種介質(zhì)中的波速之比。,,,,,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,一、惠更斯原理 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(下一節(jié)會學習)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。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,【例1】 (多選)下列對惠更斯原理的理解,正確的是( ) (導學號51150032) A.同一波面上的各質(zhì)點振動情況完全相同 B.同一振源的不同波面上的質(zhì)點的振動情況可能相同 C.球面波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 思路分析本題考查惠更斯原理,求解時要理解惠更斯原理,知道波線與波面的關(guān)系。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,解析:根據(jù)惠更斯原理,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,同一波面上各質(zhì)點的振動情況完全相同,選項A正確;不同波面上質(zhì)點的振動情況可能相同,選項B正確;波線始終與波面垂直,選項D正確;球面波是以波源為中心的一個個球面,選項C正確。 答案:ABCD,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,(多選)下列說法正確的是( ) (導學號51150033) 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,同一波面上各質(zhì)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,就是新的波面 答案:BCD,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,解析:振動相同的質(zhì)點在同一時刻組成的面,叫做波面,故A錯;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,但總跟在對應介質(zhì)中的波面垂直,故B對;波面是同一時刻各質(zhì)點連線組成的,其上各質(zhì)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)過相同時刻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。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,二、波的反射和波的折射 1.波向前傳播在兩介質(zhì)的界面上同時發(fā)生了反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象,一些物理量相應地發(fā)生變化,比較如下:,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,2.說明: (1)頻率f由波源決定,故無論是反射波的頻率還是折射波的頻率都與入射波的頻率,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)和波源有關(guān),反射波與入射波在同一介質(zhì)中波速相同,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,v不同,f相同,故λ不同。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,1.怎樣利用惠更斯原理解析波的反射定律? 答案: 如圖中a、b、c是入射波的波線,a、b、c是反射波的波線。過a的入射點A作AB,在波面AB上找三點A、C、B作為子波源;設(shè)波速為v,取時間間隔 ;作Δt時間后子波源A、C發(fā)出的子波波面如圖;畫出子波波面的包絡(luò)面AB,根據(jù)波線與波面的方位關(guān)系畫出反射波線如圖。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,在直角三角形ABB和直角三角形BAA中,AB是公共邊,由于波從B傳播到B所用的時間與波從A傳播到A所用的時間是一樣的。而波在同種介質(zhì)中的波速相同,故BB=AA。因此直角三角形ABB≌直角三角形BAA,所以∠AAB=∠BBA,入射角i和反射角i分別為∠BBA和∠AAB的余角,所以i=i,也就是說,在波的反射中,反射角等于入射角。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,2.怎樣利用惠更斯原理解析折射定律? 答案:波在第1種介質(zhì)中的傳播方向(波線的方向)與法線間的夾角稱為入射角,如圖中的θ1;波進入第2種介質(zhì)后,它的傳播方向(波線的方向)與法線間的夾角稱為折射角,如圖中的θ2。利用平面幾何知識可以得到折射角θ2與入射角θ1的以下關(guān)系 用惠更斯原理研究波的折射,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,從①式可以看出,如果第2種介質(zhì)中的波速小于第一種介質(zhì)中的波速,波在進入第2種介質(zhì)后,傳播方向?qū)⑾蚍ň€靠攏。這個結(jié)論與實驗得到的波的折射定律是一致的。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,【例2】 如圖所示是一列機械波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時發(fā)生的現(xiàn)象,已知波在介質(zhì) Ⅰ 中的波速為v1,波在介質(zhì) Ⅱ 中的波速為v2,則v1∶v2為多少?(導學號51150034) 思路分析從圖中找出入射角和折射角,然后根據(jù)波的折射定律,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,如圖所示,一列平面波朝著兩種介質(zhì)的界面?zhèn)鞑?A1A2是它在介質(zhì)Ⅰ中的一個波面,A1C1和A2C2是它的兩條波線,其入射角為53(sin 53取0.8)。C1和C2位于兩種介質(zhì)的界面上。B1B2是這列平面波進入介質(zhì)Ⅱ后的一個波面。已知A1A2的長度為0.6 m,介質(zhì)Ⅰ和介質(zhì)Ⅱ中的波速之比為4∶3,問:A1C1B1與A2C2B2的長度相差多少? (導學號51150035) 答案:0.2 m,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,