《2018-2019學(xué)年高中物理 第12章 機(jī)械波 12.6 惠更斯原理課件 新人教版選修3-4.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學(xué)年高中物理 第12章 機(jī)械波 12.6 惠更斯原理課件 新人教版選修3-4.ppt（62頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、6惠更斯原理,,,一、波面和波線1.波面和波線的概念:(1)波面:波源發(fā)出的波,向四周傳開(kāi),_____組成了一個(gè)個(gè)圓,_____也組成一個(gè)個(gè)圓,振動(dòng)狀態(tài)相同的點(diǎn)都組成了一個(gè)個(gè)圓,這些圓叫作一個(gè)個(gè)波面。,波峰,波谷,,(2)波線:指與波面_____的那些線,代表了波的傳播方向。如圖所示。,垂直,,2.波的分類:(1)球面波:由空間一點(diǎn)發(fā)出的波,它的波面是以_____為球心的一個(gè)個(gè)球面,波線就是這些球面的_____。(2)平面波:指波面是_____的波。,波源,半徑,平面,,二、惠更斯原理1.內(nèi)容:介質(zhì)中任一波面上的各點(diǎn),都可以看作發(fā)射_____的波源,其后任意時(shí)刻,這些_____在波前進(jìn)方向的包

2、絡(luò)面就是新的波面。,子波,子波,,2.應(yīng)用:(1)如果知道某時(shí)刻一列波的某個(gè)_____的位置,還知道_____,利用惠更斯原理可以得到下一時(shí)刻這個(gè)_____的位置,從而確定波的_________。(2)利用惠更斯原理只能解釋衍射現(xiàn)象中波的傳播方向,不能解釋波的_____。無(wú)法說(shuō)明衍射現(xiàn)象與狹縫或障礙物_____的關(guān)系。,波面,波速,波面,傳播方向,強(qiáng)度,大小,,三、波的反射和折射1.反射現(xiàn)象:波遇到介質(zhì)界面會(huì)_______繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。2.折射現(xiàn)象:波從一種介質(zhì)_____另一種介質(zhì)時(shí),波的_____方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。,返回來(lái),射入,傳播,,【預(yù)習(xí)診斷】1.請(qǐng)判斷下列說(shuō)法的正誤。(1)波面一

3、定與波線垂直。()(2)波面一定是平面。()(3)波的傳播方向與波面平行。(),,提示:(1)√。由波線定義知,波線一定與波面垂直。(2)。波面可以是球面,也可以是平面。(3)。波的傳播方向與波線平行,與波面垂直。,,2.一列波在傳播過(guò)程中通過(guò)一個(gè)障礙物,發(fā)生了一定程度的衍射,以下哪種情況使衍射現(xiàn)象更明顯()A.增大障礙物的尺寸,同時(shí)增大波的頻率B.增大障礙物的尺寸,同時(shí)減小波的頻率C.縮小障礙物的尺寸,同時(shí)增大波的頻率D.縮小障礙物的尺寸,同時(shí)減小波的頻率,,【解析】選D。波在介質(zhì)中傳播時(shí)波速是由介質(zhì)決定的,與波的頻率無(wú)關(guān),所以改變波的頻率不會(huì)改變波速。但由v=λf可知,當(dāng)波速一定時(shí),減小頻

4、率則波長(zhǎng)增大,而發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或跟波長(zhǎng)相差不多,所以縮小障礙物的尺寸,同時(shí)減小波的頻率會(huì)使衍射現(xiàn)象更明顯,故D選項(xiàng)正確。,,3.如圖所示,S1、S2為水波槽中的兩個(gè)波源,它們分別激起兩列水波,圖中實(shí)線表示波峰,虛線表示波谷。已知兩列波的波長(zhǎng)分別為λ1和λ2且λ1<λ2,該時(shí)刻在P點(diǎn)兩列波的波峰與波峰相遇,則以下敘述正確的是(),,A.P點(diǎn)有時(shí)在波峰,有時(shí)在波谷,振動(dòng)始終加強(qiáng)B.P點(diǎn)始終在波峰C.P點(diǎn)的振動(dòng)不遵循波的疊加原理,也不一定始終加強(qiáng)D.P點(diǎn)的振動(dòng)遵循波的疊加原理,但并不一定始終加強(qiáng),,【解析】選D。任何波的疊加都遵循波的疊加原理,但只有兩列波發(fā)生干涉時(shí),才

5、能形成穩(wěn)定的干涉圖樣,即S1、S2兩列波只有頻率相同、相位差恒定時(shí),才可在P點(diǎn)始終加強(qiáng),故選項(xiàng)D正確。,知識(shí)點(diǎn)一惠更斯原理的理解探究導(dǎo)入:如圖是波在傳播過(guò)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?提示:(1)波的衍射現(xiàn)象。(2)能。,,【歸納總結(jié)】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

6、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。,,【典題過(guò)關(guān)】【典例】(多選)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)情況可能相同C.球面波的波面是以波源為中心的一個(gè)個(gè)球面D.波線與平面波的波面垂直,與球面波的波面不垂直,,【正確解答】選A、B、C。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)的相位不同,故A對(duì)。由于波的周期性,在相距為波長(zhǎng)整數(shù)倍的另一些波面上的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況與這個(gè)波面上質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況相同,故B

7、正確。由波面和波線的概念知,C正確。無(wú)論怎樣的波,波線始終和波面垂直,故D錯(cuò)。正確答案為A、B、C。,,【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】(多選)下列敘述中正確的是()A.空間點(diǎn)波源發(fā)出的球面波,其波面是一個(gè)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,,【解析】選B、C、D。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

8、。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)刻的波面的位置,D正確。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.(多選)下列關(guān)于惠更斯原理的說(shuō)法正確的是()A.惠更斯原理能夠解釋波的反射和折射現(xiàn)象B.惠更斯原理能夠解釋波的衍射現(xiàn)象C.介質(zhì)中任何一個(gè)波面的各點(diǎn),都可以看成發(fā)射子波的波源D.惠更斯原理能夠解釋衍射現(xiàn)象與障礙物或孔的大小的關(guān)系,,【解析】選A、B、C?；莞乖斫忉屃瞬ǖ膫鞑シ较蛏系膯?wèn)題,所以能夠解釋波的反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象,故A正確;同樣對(duì)波的衍射現(xiàn)象,惠更斯原理也可以解釋,但不能解釋衍射現(xiàn)象與孔或障礙物大小的關(guān)系,故B正確,D錯(cuò)誤;由惠更斯原理可知,C正確。,2.(多選)(2018威海高

9、二檢測(cè))如圖所示,A、B分別為t=t1、t=t2時(shí)平面波的波面,下面說(shuō)法正確的是(),,A.波面A和波面B互相平行B.波面A上的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況不一定相同C.波面B上的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況不一定相同D.波面A上的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況相同,波面B上的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況也相同,,【解析】選A、D。由波面的定義可得,D正確,B、C錯(cuò)誤,平面波的波面與波源平行,故A對(duì)。,,知識(shí)點(diǎn)二波的反射及應(yīng)用探究導(dǎo)入:對(duì)著山崖或高墻說(shuō)話時(shí),能聽(tīng)到回聲;夏日的雷聲在云層間轟鳴不絕,這屬于什么現(xiàn)象?提示:這屬于聲波的反射現(xiàn)象。,,【歸納總結(jié)】1.回聲測(cè)距:(1)當(dāng)聲源不動(dòng)時(shí),聲波遇到了靜止障礙物會(huì)被反射回來(lái)繼續(xù)傳播,由于

10、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)過(guò)時(shí)間t聽(tīng)到回聲,則聲源距障礙物的距離為s=v聲。,,(2)當(dāng)聲源以速度v向靜止的障礙物運(yùn)動(dòng)或障礙物以速度v向靜止的聲源運(yùn)動(dòng)時(shí),聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的距離為s=(v聲+v)。(3)當(dāng)聲源以速度v遠(yuǎn)離靜止的障礙物或障礙物以速度v遠(yuǎn)離靜止的聲源時(shí),聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的距離為s=(v聲-v)。,,2.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(biāo)時(shí)會(huì)被反射回來(lái)。蝙蝠、海豚就是根據(jù)接收到的反射回來(lái)的超聲波來(lái)確定障礙物或食物的位置,從而確定飛行或游動(dòng)方向。,【典題過(guò)關(guān)】【典例】(2

11、018岳陽(yáng)高二檢測(cè))已知聲波的速度為340m/s,有一輛汽車以15m/s的速度勻速行駛,在其正前方有一陡峭山崖,汽車?guó)Q笛2s后司機(jī)聽(tīng)到回聲,則汽車?guó)Q笛時(shí)距山崖的距離有多遠(yuǎn)?若該汽車以10m/s的速度勻速行駛,在其正前方有一陡峭山崖,汽車?guó)Q笛時(shí)并同時(shí)以a=10m/s2的加速度加速,1s后司機(jī)聽(tīng)到回聲,此時(shí)汽車距山崖的距離有多遠(yuǎn)?,【正確解答】畫(huà)出汽車與聲音運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖如圖所示,設(shè)汽車在A點(diǎn)鳴笛,在C點(diǎn)聽(tīng)到回聲,汽車由A到C的位移為s1,C到山崖B的距離為s2,汽車從鳴笛到司機(jī)聽(tīng)到回聲的時(shí)間為t,有t=2s。根據(jù)汽車運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與聲波運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相等,則=2s,s1=215m=30m,2s=,解得:

12、s2=325m,即汽車?guó)Q笛時(shí)距山崖的距離為s=s1+s2=(30+325)m=355m。,同理:t′=解得:s2′=162.5m,即此時(shí)汽車距山崖的距離為162.5m。答案:355m162.5m,,【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】1.人耳只能區(qū)分相差0.1s以上的兩個(gè)聲音,人要能聽(tīng)到自己講話的回聲,離障礙物的距離至少要大于()A.34mB.17mC.100mD.170m,,【解析】選B。聲波在空氣中傳播的速度約為340m/s,因此2s=vt,s==17m,B正確。,,2.甲、乙兩人平行站在一堵又高又寬的墻前面,二人相距2a,距墻均為a,當(dāng)甲開(kāi)了一槍后,乙在t時(shí)間后聽(tīng)到第一聲槍響,則乙聽(tīng)到第二聲槍響的時(shí)間為()A.

13、甲開(kāi)槍t后B.甲開(kāi)槍2t后C.甲開(kāi)槍3t后D.甲開(kāi)槍4t后,,【解析】選B。設(shè)聲速為v,乙聽(tīng)到第一聲槍響必然是甲開(kāi)槍的聲音直接傳到乙的耳朵中,故t=①甲、乙兩人與墻的位置如圖所示,乙聽(tīng)到的第二聲槍響必然是墻反射的槍聲,由聲波的反射定律和幾何關(guān)系得:AC=BC=AB=2a。,,故乙聽(tīng)到第二聲槍響的時(shí)間t′=②由①②得:t′=2t,故B對(duì)。,,知識(shí)點(diǎn)三波的反射和波的折射探究導(dǎo)入:如圖所示兩波的示意圖,波由介質(zhì)Ⅰ進(jìn)入介質(zhì)Ⅱ時(shí)頻率變化嗎?波長(zhǎng)變化嗎?,,提示:頻率不變化,波長(zhǎng)改變。,【歸納總結(jié)】(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:,,(2)

14、說(shuō)明:①頻率f由波源決定,故無(wú)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(dòng)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(zhǎng)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(zhǎng)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。,,【典題過(guò)關(guān)】【典例】一列聲波在介質(zhì)Ⅰ中的波長(zhǎng)為0.2m。當(dāng)該聲波從空氣中以某一角度傳入介質(zhì)Ⅱ中時(shí),波長(zhǎng)變?yōu)?.6m,如圖所示,若介質(zhì)Ⅰ中的聲速是340m/s。求:,,(1)該聲波在介質(zhì)Ⅱ中傳播時(shí)的頻率。(

15、2)該聲波在介質(zhì)Ⅱ中傳播的速度。(3)若另一種聲波在介質(zhì)Ⅱ中的傳播速度為1400m/s,按圖中的方向從介質(zhì)Ⅰ射入介質(zhì)Ⅱ中,它在介質(zhì)Ⅰ和介質(zhì)Ⅱ中的頻率之比。,,【正確解答】(1)聲波在介質(zhì)Ⅰ中傳播時(shí),由v=λf得:f=Hz=1700Hz,由于聲波在不同介質(zhì)中傳播時(shí),頻率不變,所以聲波在介質(zhì)Ⅱ中傳播時(shí),頻率為1700Hz。(2)由v=λf得聲波在介質(zhì)Ⅱ中的傳播速度為v2=λ2f=0.61700m/s=1020m/s。,,(3)波由介質(zhì)Ⅰ到介質(zhì)Ⅱ的過(guò)程中,只有頻率不變,故當(dāng)波從介質(zhì)Ⅰ進(jìn)入介質(zhì)Ⅱ時(shí),其頻率之比為1∶1。答案:(1)1700Hz(2)1020m/s(3)1∶1,,【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】1.一列波在

16、第一種均勻介質(zhì)中的波長(zhǎng)為λ1,在第二種均勻介質(zhì)中的波長(zhǎng)為λ2,且λ1=3λ2,那么波在這兩種介質(zhì)中的頻率之比和波速之比分別為()A.3∶11∶1B.1∶31∶4C.1∶13∶1D.1∶11∶3,,【解析】選C。同一列波頻率不變,v=λf,故C選項(xiàng)正確。,,2.如圖所示是一列機(jī)械波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)中發(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(),,【解析】選C。根據(jù)折射定律可得即v1∶v2=所以選項(xiàng)C正確。,,【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.(多選)下列說(shuō)法中正確的是()A.入射波的波長(zhǎng)和反射波的波長(zhǎng)相等B.入射波的波長(zhǎng)大于折射波的波長(zhǎng)C.入射波的波長(zhǎng)小于折射波的

17、波長(zhǎng)D.入射波和折射波頻率相同,,【解析】選A、D。波反射時(shí),波回到原來(lái)的介質(zhì)。波折射時(shí),波進(jìn)入到另外一種介質(zhì)。波的波長(zhǎng)如何變化取決于兩種介質(zhì)的情況,而頻率由波源決定,故A、D選項(xiàng)正確。,,2.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,此物體在海面上發(fā)出的聲音經(jīng)0.5s聽(tīng)到回聲,則海水深為多少米?,,【解析】本題是波的反射現(xiàn)象與v=λf的綜合應(yīng)用,知道不同介質(zhì)中同一列波的頻率是定值為解決本題的關(guān)鍵。波的頻率f=。在海水中:v水=v氣海水的深度h=v水,代入數(shù)據(jù)解得h=382.5m答案:382.5m,,【拓展例題】考查內(nèi)容:反射現(xiàn)象在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用【

18、典例】天空有近似等高的濃云層,為了測(cè)量云層的高度,在水平地面上與觀測(cè)者的距離為d=3.0km處進(jìn)行一次爆炸,觀測(cè)者聽(tīng)到由空氣直接傳來(lái)的爆炸聲和由云層反射來(lái)的爆炸聲時(shí)間上相差Δt=6.0s,試估算云層下表面的高度。已知空氣中的聲速v=km/s。,,【正確解答】如圖所示,A表示爆炸點(diǎn),O表示觀測(cè)者所在處,h表示云層下表面的高度。用t1表示爆炸聲直接傳到O處所經(jīng)時(shí)間,則d=vt1①用t2表示爆炸聲經(jīng)云層反射到O處所經(jīng)時(shí)間,因?yàn)槿肷浣堑扔诜瓷浣?故有=vt2②,,已知t2-t1=Δt③聯(lián)立①②③式可得:h=2.0103m。答案:2.0103m,答案速填:①介質(zhì)②垂直③在一條直線上④距離⑤λf⑥障礙物⑦孔⑧疊加⑨頻率,