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物理知识点版高中物理第2章机械波第3节惠更斯原理及其应用教师用书粤教版选修3 4【精品教案】

第三节 惠更斯原理及其应用 1.(3 分)关于机械波的波速和波长,下列说法中正确的是( ) A.横波中相邻两个波峰间的距离、纵波的密部中央和疏部中央间距都是一个波长 B.两个相邻的速度相同的介质质点间的距离是一个波长 C.波由一种介质进入另一种介质波速和波长都要改变 D.机械波在同一种均匀介质中是匀速传播的 【解析】 由波长的定义可知 A、B 不正确.波在同一种均匀介质中传播波速不变;当 波从一种介质进入另一种介质时, 波的频率不变, 但波速发生变化, 因此波长也发生变化. C、 D 正确. 【答案】 CD 2.(3 分)声波在钢轨中传播的速度远大于在空气中传播的速度,则当声音由钢轨传到 空气中时( ) B.波长变小,频率变大 D.频率不变,波长变小 A.频率变小,波长变大 C.频率不变,波长变大 【解析】 波在不同种介质中传播时,频率保持不变.由 v=λ f 可知,若 v 减小,λ 则减小,D 正确. 【答案】 D 3.(4 分)关于对波速、波长和频率的关系 v=λ f 的理解,下列说法中正确的是( A.v=λ f,说明提高波源频率,它产生的波的波速成正比增大 B.由 v=λ f 可知,波长 λ 大的波,其传播速度 v 一定大 C.v、λ 、f 三个量中,对于同一机械波通过不同介质时,只有 f 不变 D.关系式 v=λ f 适用于一切机械波 【解析】 波速只与传播介质的性质有关,所以选项 A 和 B 均错误.频率由波源决定, 与介质无关,所以同一机械波 f 不变.在不同介质中,因速度变化,从而 λ 也变化,所以 选项 C 正确. 【答案】 CD 课 标 导 思 1.明确波面和波线等概念,理解惠更斯原理. 2.会用惠更斯原理解释波的传播中的反射和折射现象,并了解反射 和折射中频率、波速和波长的变化情况. ) /8 1 学生 P24 一、惠更斯原理 1.波面和波线 (1)波面:在波的传播过程中,任一时刻振动状态都相同的介质质点所组成的面; (2)波线:与波面垂直指向传播方向的直线,如图 2-3-1 所示. 图 2-3-1 (3)波的分类 ①球面波:波面是球面的波. ②平面波:波面是平面的波. 2.惠更斯原理 (1)内容:介质中任一波阵面上的各点,都可以看作发射子波的波源,其后任一时刻, 这些子波的包迹就是新的波阵面. (2)应用:如果知道某时刻一列波的某个波阵面的位置,还知道波速,利用惠更斯原理 可以得到下一时刻这个波阵面的位置, 从而可确定波的传播方向. 利用惠更斯原理还可以解 释波的反射、折射. 二、波的反射和折射 1.波的反射 (1)反射现象:波遇到障碍物时,会返回原来的介质中继续传播的现象. (2)反射定律: a.入射角:入射波的波线与界面法线的夹角. b.反射角:反射波的波线与界面法线的夹角. c.内容:入射波线、法线和反射波线在同一平面内,且反射角等于入射角;反射波的 波长、频率和波速跟入射波相同. 2.波的折射 (1)折射现象:波从一种介质进入另一种介质时,波的传播方向发生改变的现象. (2)折射特点:在波的折射中,波的频率不变,波速和波长都会改变. /8 2 学生 P24 一、波线、波面的特点与关系 1.对波线、波面的理解 (1)波面:不一定是面,如水波,它只能在水面传播,水波的波面是以波源为圆心的一 簇圆. (2)波线:有方向的一簇线,它的方向代表了波的传播方向. (3)波线与波面的关系;互相垂直,一定条件下由波面可确定波线,由波线可确定波面. 2.球面波与平面波的区别与联系 球面波 波面形状 区别 形成 波面与波源关系 联系 球面 点波源在均匀介质中向 各个方向发出的波 波面以点波源为球心 平面波 平面 面波源在均匀介质中向波 源面两侧发出的波 波面与波源平行 球面波传至距波源很远处时,在空间的某一小区域内的球形波面可看成平 面波. 二、惠更斯原理的应用 1.应用惠更斯原理解释波现象的步骤 (1)在波面上取两点或多个点作为子波的波源; (2)选一段时间 Δ t; (3)根据波速确定 Δ t 时间后子波波面的位置; (4)确定子波在波前进方向上的包络面,即为新的波面; (5)由新的波面可确定波线及其方向. 2.利用惠更斯原理解释波的传播 如图 2-3-2 所示,以 O 为球心的球面波在时刻 t 的波面为 γ ,按照惠更斯原理,γ 面上每个点都是子波的波源.设各个方向的波速都是 v,在 Δ t 时间之后各子波的波面如图 中虚线所示, γ ′是这些子波的包络面, 它就是原来球面波的波面在时间 Δ t 后的新位置. 可 以看出,新的波面仍是一个球面,它与原来球面的半径之差为 vΔ t,表示波向前传播了 v·Δ t 的距离. 与此类似,可以用惠更斯原理说明平面波的传播,如图 2-3-3 所示. /8 3 图 2-3-2 图 2-3-3 【特别提醒】 在利用惠更斯原理解释波的传播时,t 时刻的波面 γ 和波面上子波源 的选取是任意的,但一般作图时,为使作出的图更美观,通常画成均匀或对称的形式. 一、波的反射 有一辆汽车以 15 m/s 的速度匀速行驶,在其正前方有一陡峭山崖,汽车鸣笛 2 s 后司机听到回声,此时汽车距山崖的距离是多少?(v 声=340 m/s) 【导析】 声音向前传播遇到障碍物再返回的过程中,汽车也在运动. 【解析】 画出汽车与声音运动过程示意图如图所示,设汽车由 A 到 C 位移为 s1,C 到山崖 B 距离为 s2,设汽车鸣笛到司机听到回声时间 为 t,有 t=2 s,则: 解得 s2= = s1 s1+2s2 = =t v车 v声 = 2 v声·t-s1 v声·t-v车t 2 ?340-15?×2 m=325 m. 2 【答案】 325 m 波在同一种均匀介质中沿直线传播,遇到障碍物反射时,波的频率、波速和波长均不发 生变化。利用反射测距是一种常用的方法,画出运动的示意图能帮助分析解题. 1.甲、乙两人平行站在一堵墙前面,

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