最新人教版人教版高考高中物理选修34126《惠更斯原理》精品教案含答案.docx
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最新人教版人教版高考高中物理选修34126《惠更斯原理》精品教案含答案
课时12.6 惠更斯原理
1.知道什么是波面和波线,了解惠更斯原理。
2.认识波的反射现象,并能用惠更斯原理进行解释。
3.认识波的折射现象,并能用惠更斯原理进行解释。
重点难点:
波面、波线的概念和惠更斯原理。
以及用惠更斯原理对波的反射规律和折射规律进行解释。
教学建议:
本节在已学过的光的反射、折射及回声等知识的基础上,进一步加深对波的特性的理解。
要理解波面、波线等概念及惠更斯原理,并能用惠更斯原理对波的反射规律和折射规律进行解释。
由于这些概念比较抽象,应通过实验演示和日常生活经验来辅助教学。
波的反射和折射是常见的现象,从对现象的研究中概括出规律,再用来解释现象和指导实践,使学生提高学习的兴趣,感受知识的力量。
导入新课:
北京天坛的回音壁为圆形,直径为61.5米,周长为193.2米,是用磨砖对缝砌成的,墙面极其光滑整齐。
两个人分东、西方向贴墙而立,一个人靠墙向北说话,无论说话声音多小,也可以使另一人听得清清楚楚,而且声音悠长,堪称奇趣,给人造成一种“天人感应”的神秘气氛。
为什么声音能够传播这么远呢?
1.波面和波线
任何振动状态①相同的点都组成一个个圆,这些圆叫作②波面,与波面垂直的线代表了波的③传播方向,叫作④波线。
2.惠更斯原理
（1）内容:
介质中任一波面上的各点,都可以看作可以发射⑤子波的波源,其后任意时刻,这些⑥子波在波前进方向的⑦包络面就是新的波面。
这就是惠更斯原理。
（2）应用:
如果知道某时刻一列波的某个⑧波面的位置,还知道⑨波速,利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个⑩波面的位置,从而确定波的
传播方向。
还可以利用惠更斯原理说明
平面波的传播,解释
波的衍射。
（3）局限性:
惠更斯原理只能解释波的传播方向,不能解释
波的强度,所以无法说明衍射现象与
狭缝或
障碍物的大小的关系。
3.波的反射和折射
（1）回声是声波的
反射,利用惠更斯原理可以确定
反射波的传播方向。
（2）波从一种介质
进入另一种介质后
传播方向发生偏折的现象叫作波的折射。
1.波面一定都是平面吗?
解答:
波面既可以是平面,也可以是球面。
2.波线与波面是什么关系?
解答:
波线与波面垂直。
3.惠更斯原理能解释什么现象?
解答:
能解释波的反射和折射。
主题1:
波面和波线
问题:
阅读课本中有关“波面和波线”的相关内容,回答下列问题。
（1）水面上的一个点波源,其形成的水波的波面我们如何来描述?
其水波的波线我们又如何来描述?
（2）射向空中的焰火在高空中爆炸,发出一个巨大的声响,我们如何来描述这个声波的波面和波线呢?
（3）在同一种均匀的介质中,波面是不是都是曲面或曲线?
波线是不是都是直线?
解答:
（1）水波的波面是一个个以点波源为圆心的同心水平圆;水波的波线是以点波源为出发点的水平射线,如图所示。
（2）这个声波的波面是以高空中爆炸点为球心的球面,这个球面不断扩大。
这个声波的波线是以爆炸点为出发点的射向四面八方的射线。
（3）波面不一定是曲线或曲面,也有平面波,但波线一定是直线。
知识链接:
在各向同性的均匀介质中,波线与波面垂直,一定条件下由波面可确定波线,由波线可确定波面。
主题2:
波的反射
问题:
（1）结合初中学过的光的反射定律,跟同学讨论波的反射满足怎样的规律?
（2）利用波的反射规律解释以下现象:
①夏日的雷声轰鸣不绝。
②在空房子里讲话,声音较响。
解答:
（1）入射波的波线、反射波的波线和界面法线在同一平面内,反射角等于入射角;反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同。
（2）①夏日的雷声有时轰鸣不绝,原因是声波在云层里多次反射形成的。
②在空房间里讲话,会感到声音更响,是因为声波在空房间里遇到墙壁、地面、天花板等障碍物发生反射,由于空间小,回声和原声几乎同时到达人耳,而人耳只能区分开相差0.1s以上的两个声音。
所以在房间里听不到回声,只会感到声音比在户外大些。
知识链接:
波的反射与光的反射可以类比,即波的入射角等于反射角,且波速、频率、波长都不改变。
1.（考查波面和波线）下列说法中正确的是（ ）。
A.只有平面波的波面才与波线垂直
B.任何波的波线与波面都相互垂直
C.任何波的波线都表示波的传播方向
D.有些波的波面表示波的传播方向
【解析】不管是平面波,还是球面波,其波面与波线均垂直,选项A错误,选项B正确,波线表示波的传播方向,选项C正确,D错误。
【答案】BC
【点评】波线表示波的传播方向,波线与波面垂直。
2.（考查声波的反射和折射）对于波长为100m的声波,下列说法正确的是（ ）。
A.在同一介质中,比波长为20m的声波传播快
B.在空气中的频率比在水中大
C.声波能发生折射,但折射后频率发生变化
D.声波能发生反射,但反射后波速不变
【解析】机械波的传播速度由介质决定,波的频率由波源决定,与介质无关,所以折射后,波进入另一种介质,传播速度发生变化,反射后回到原来的介质,传播速度不变,故D选项正确。
【答案】D
【点评】波速由介质决定。
3.（考查波长、频率和波速的关系）如图所示,1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线,则（ ）。
A.2与1的波长、频率相等,波速不等
B.2与1的波速、频率相等,波长不等
C.3与1的波速、频率、波长均相等
D.3与1的频率相等,波速、波长均不等
【解析】反射波的波长、频率、波速与入射波都应该相等,故A、B错。
折射波的波长、波速与入射波都不等,但频率相等,故C错,D正确。
【答案】D
【点评】折射角小于入射角,说明波进入另一介质后波速减小。
4.（考查波的反射）某人想听到自己发出的声音的回声,若已知声音在空气中的传播速度为340m/s,那么他至少要离障碍物多远?
（能够区分原声与回声的最短时间为0.1s）
【解析】在波的反射现象中,反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同。
只有声波从人所站立的地方到障碍物再返回来全部经历的时间在0.1s以上,才能辨别出回声。
设障碍物至少和人相距为s,则应有2s=vt,可得:
s=
=
m=17m。
【答案】17m
【点评】需要利用到区分原声与回声的最小时间。
甲
拓展一:
波的折射
1.如图甲所示,一列平面波在界面发生折射,折射前的波线称为入射波线,折射后的波线称为折射波线;入射波的波线与平面法线（图中虚线）的夹角θ1叫作入射角,折射波的波线与平面法线的夹角θ2叫作折射角。
实验表明入射角θ1大于折射角θ2,请你判断波发生折射后的传播速度如何变化?
乙
【分析】本题要求判断波传播速度的变化,可以取一段时间,分析比较沿两条波线传播的波在两种介质中传播的距离。
【解析】由于波线与波面垂直,可过A点画入射波的波面AA',过B点画折射波的波面BB',且AB'=ABsinθ2,A'B=ABsinθ1,如图乙所示。
由于θ1>θ2,所以AB'【答案】见解析
【点拨】波的折射是由波在不同介质中传播的速度不同造成的,这也说明了波速与介质有关。
拓展二:
声波的反射的有关计算
2.有一辆汽车以15m/s的速度匀速行驶,在其正前方有一陡峭山崖,汽车鸣笛2s后司机听到回声,此时汽车距山崖的距离多远?
（声速v=340m/s）
【分析】本题考查的是波的反射,分析时可以借助示意图寻找波速、路程、时间三者间的关系。
【解析】从汽车鸣笛到听到回声,汽车本身也往前行驶了一段路程,如图所示,设汽车由A到C的路程为s1,C点到山崖B的距离为s
声波由A到B再反射到C的路程为s2
则s2=s1+2s
因汽车与声波运动时间同为t,则v声t=v汽t+2s
所以s=
=
m=325m。
【答案】325m
【点拨】这类问题中由于汽车本身也在运动,给解题带来了麻烦。
解答这类问题的关键是通过画示意图弄清楚相应的物理情景,具体的求解方法可以借鉴运动学中追及相遇问题的处理方法。
一、物理百科
重庆石琴
石琴俗称回音阶,重庆潼南县大佛寺的石琴位于涪江岸边,有三十六级石梯,似一把巨大的石琴,每个阶梯犹如一根琴弦,只要把脚踏上石磴,拾级而上,脚下便会响起美妙悦耳的琴声,故又称“石磴琴声”。
据《潼南县志》和大佛寺碑文记载,回音阶在唐代咸通年间建造,到宋代建炎元年完成,历时250多年。
石阶有42级,从江岸直排到山上,犹如一把巨大的石琴。
游人从大佛阁右侧拾级而登,步履触处“咚咚”作响,如古筝之悠扬,其音之清越,仿佛弹绿绮（琴名）而奏美妙之乐章,故名“石蹬琴声”。
更为奇妙的是第7级石阶音响最为清亮,且七步音阶各不相同,余音袅袅、声久不绝,令人神往,俗称“七步弹琴”。
历代文人墨客来游,莫不以诗词合其乐:
“千古骚人会意远,朱弦不奏亦通神。
上有高山下流水,知音倘作钟期伦。
”回音阶的原理:
当游人拾级而登时,石阶因外力撞击发声,再经过石阶下各种不同室形的若干反射面按一定的路线通过孔隙、缝隙释放出来,便形成了悠扬的琴音。
由此可见我国古代石工的匠心独运和高超的建筑艺术,这是中华民族独有的园林建筑瑰宝。
二、备用试题
1.下列说法正确的是（ ）。
A.任何波的波线都表示波的传播方向
B.波面表示波的传播方向
C.只有横波才有波面
D.波传播中某时刻任一波面上各子波波面的包络面就是新的波面
【解析】波线表示波的传播方向,故A选项正确,B选项错误;所有的波都具有波面,故C选项错误;由惠更斯原理可知,D选项正确。
【答案】AD
2.图示是一列机械波从一种介质进入另一种介质中发生的现象,已知波在介质Ⅰ中的波速为v1,波在介质Ⅱ中的波速为v2,则v1∶v2为（ ）。
A.1∶
B.
∶1
C.
∶
D.
∶
【解析】由折射定律知:
=
=
C项正确。
【答案】C
3.甲、乙两人平行站在一堵墙前面,二人相距2a,距离墙均为
a,当甲开了一枪后,乙在时间t后听到第一声枪响,则乙听到第二声枪响的时间为（ ）。
A.听不到B.甲开枪3t后
C.甲开枪2t后D.甲开枪
t后
【解析】乙听到第一声枪响必然是甲放枪的声音直接传到乙的耳中,故t=
。
甲、乙二人及墙的位置如图所示,乙听到第二声枪响必然是墙反射的枪声,由反射定律可知,波线如图中AC和CB所示,由几何关系可得:
AC=CB=2a,故第二声枪响传到乙的耳中的时间t'=
=
=2t。
【答案】C
4.一木匠在房顶上用铁锤钉钉子,有一位过路者在观察,他看到锤子举到最高点时,也恰好听到敲打声,他抬手看了看手表,木匠敲了8下用4s,他便很快估计出他到木匠的最小距离不小于85m,设声速为340m/s,木匠上举和向下放锤的时间相等,说说旁观者用的方法,写出他到木匠距离的表达式。
【解析】由题意知木匠举锤的时间t=s,最短距离x=vt=340×m=85m。
而由于敲打的周期性,听到敲击声的时间跟锤子举到最高点之间的时间关系为t'=（2n+1）s,因而可能的距离x'=vt'=85（2n+1）m（n=0,1,2,…）。
【答案】x=85（2n+1）m（n=0,1,2,…）
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