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成才之路 物理 路漫漫其修遠(yuǎn)兮吾將上下而求索 人教版 選修3 4 機(jī)械波 第十二章 第六節(jié)惠更斯原理 第十二章 各種波在傳播過(guò)程中 遇到較大的障礙物時(shí) 都會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象 聲波在遇到較大的障礙物后也會(huì)反射回來(lái) 反射回來(lái)的聲波傳入人耳 聽(tīng)到的就是回聲 我們?cè)谏街?在大的空房間里大聲說(shuō)話時(shí) 都會(huì)聽(tīng)到回聲 1 波面在波的傳播過(guò)程中 任一時(shí)刻介質(zhì)中任何振動(dòng)狀態(tài)都 叫做波陣面或波面 說(shuō)明 波面為球面的波叫 波 波面為平面的波叫 波 波面和波線 相同的點(diǎn)聯(lián)結(jié)成的面 球面 平面 2 波線沿波的傳播方向作一些帶箭頭的線 叫做波線 1 波線的指向表示 方向 2 在各向同性的均勻介質(zhì)中 波線恒定與波面 3 球面波的波線是沿 的直線 平面波的波線是 的平行直線 如下圖甲 乙所示 波的傳播 垂直 半徑方向 垂直于波面 1 內(nèi)容介質(zhì)中波面上的每一個(gè)點(diǎn) 都可以看成一個(gè) 這些新波源發(fā)生子波 經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后 這些子波的包絡(luò)面就構(gòu)成下一時(shí)刻的 2 包絡(luò)面某時(shí)刻與子波 相切的曲面 惠更斯原理 新的波源 包絡(luò)面 波面 3 應(yīng)用如果知道某時(shí)刻一列波的某個(gè)波面的位置 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 從而可確定波的前進(jìn)方向 波速 包絡(luò)面 1 波的反射 1 波的反射波遇到障礙物會(huì) 繼續(xù)傳播的現(xiàn)象 叫做波的反射 2 反射定律入射波線 法線 反射波線在 內(nèi) 且入射角 反射角 如圖所示 波的反射和折射 返回來(lái) 同一平面 等于 2 波的折射波從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時(shí) 傳播方向發(fā)生 的現(xiàn)象 叫做波的折射 如圖所示 改變 一 利用惠更斯原理解釋波的傳播 如圖甲 以O(shè)為球心的球面波在時(shí)刻t的波面為 按照惠更斯原理 面上每個(gè)點(diǎn)都是子波的波源 設(shè)各個(gè)方向的波速都是v 在 t時(shí)間之后各子波的波面如圖中弧線所示 弧線圓的半徑是v t 是這些子波波面的包絡(luò)面 它就是原來(lái)球面波的波面在時(shí)間 t后的新位置 可以看出 新的波面仍是一個(gè)球面 它與原來(lái)球面的半徑之差為v t 表示波向前傳播了v t的距離 與此類似 可以用惠更斯原理說(shuō)明平面波的傳播 如圖乙 二 波的反射現(xiàn)象和波的折射現(xiàn)象中各量的變化波向前傳播在兩介質(zhì)的界面上同時(shí)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 說(shuō)明1 頻率f由波源決定 故無(wú)論是反射波還是折射波都與入射波的頻率 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 f知 波長(zhǎng) 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(zhǎng)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 不同 特別提醒 1 波在兩種介質(zhì)的界面上發(fā)生折射的原因是波在不同介質(zhì)中的傳播速度不同 2 對(duì)于入射角為零的特殊現(xiàn)象 折射角也為零 即沿原方向傳播 但介質(zhì)發(fā)生了變化 其波長(zhǎng)和波速也相應(yīng)發(fā)生變化 墻壁的傳音性比空氣好得多 但把門(mén)窗關(guān)閉后 如圖 外面?zhèn)魅胧覂?nèi)的聲音卻明顯地減弱 這是為什么 答案 聲波原來(lái)在空氣中傳播 如果沒(méi)有障礙物 能直接傳到室內(nèi) 當(dāng)把門(mén)窗關(guān)閉后 聲波遇到墻壁和門(mén)窗 在界面上發(fā)生反射和折射現(xiàn)象 只有折射進(jìn)入墻壁和門(mén)窗的聲波才能進(jìn)入室內(nèi) 雖然墻壁和門(mén)窗的傳音性能好但反射性能也好 所以大部分聲波被反射回去 室內(nèi)的聲音就顯著地減弱了 關(guān)于惠更斯原理的理解 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 無(wú)論什么樣的波 波線始終和波面垂直 對(duì)惠更斯原理的理解 解析 根據(jù)惠更斯原理 介質(zhì)中任一波面上的各點(diǎn) 都可以看做發(fā)射子波的波源 其后任意時(shí)刻 這些子波在波前進(jìn)方向的包絡(luò)面就是新的波面 同一波面上各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況完全相同 選項(xiàng)A正確 不同波面上質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況可能相同 選項(xiàng)B正確 球面波的波面是以波源為中心的一個(gè)個(gè)球面 選項(xiàng)C正確 波線始終與波面垂直 選項(xiàng)D正確 答案 ABCD 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)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 t時(shí)刻波面的位置答案 BCD 解析 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 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 如圖所示 圖a是高速公路上用超聲波測(cè)速儀測(cè)量車速的示意圖 測(cè)速儀發(fā)出并接收超聲波脈沖信號(hào) 根據(jù)發(fā)出和接收的信號(hào)間的時(shí)間差 測(cè)出被測(cè)物體的速度 圖b中P1 P2是測(cè)速儀發(fā)出的超聲波信號(hào) n1 n2分別是P1 P2由汽車反射回來(lái)的信號(hào) 設(shè)測(cè)速儀勻速掃描 P1 P2之間的時(shí)間間隔 t 1 0s 超聲波在空氣中傳播速度是v 340m s 若汽車是勻速行駛的 則根據(jù)圖b可知 汽車在接收到P1 P2兩個(gè)信號(hào)之間的時(shí)間內(nèi)前進(jìn)的距離是 m 汽車的速度是 m s 波的反射及其應(yīng)用 答案 1717 9 人們聽(tīng)不清對(duì)方說(shuō)話時(shí) 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 提高耳的接收能力 答案 反射解析 在耳廓原有形狀 面積的基礎(chǔ)上增加一個(gè)手的面積是為了增加波的反射來(lái)提高耳朵的接收能力