惠更斯原理学案
选修3-4
第十二章 机械波 12.6 惠更斯原理
【自主预习】
1.在波的传播过程中,某时刻任何振动状态________的介质质点所组成的圆叫波面,而 与波面垂直的那些线代表了波的________________,叫做波线.
2.介质中任一波面上的各点,都可以看做发射子波的________,其后任意时刻,这些子 波在波前进方向的____________就是新的波面,这就是惠更斯原理.
3.利用惠更斯原理可以确定______________________,可以解释波的衍射现象中
______________________,不能解释波的________,所以无法说明衍射现象与狭缝或障 碍物的________的关系.
4.波遇到介质界面会____________继续传播的现象叫波的反射现象,机械波发生反射时 与光的反射规律类似,即________________________________.波从一种介质射入另一 种介质时,波的________________发生改变的现象叫波的折射现象. 5.关于对惠更斯原理的理解,下列说法正确的是( ) A.同一波面上的各质点振动情况完全相同
B.同一振源的不同波面上的质点的振动情况可能相同 C.球面波的波面是以波源为中心的一个个球面 D.无论怎样的波,波线始终和波面垂直 6.下列说法正确的是( )
A.入射波面与法线的夹角为入射角 B.入射波面与界面的夹角为入射角 C.入射波线与法线的夹角为入射角 D.入射角跟反射角相等
7.对于波的认识,下列说法中正确的是( )
A.潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况,用的是波的反射原理
B.隐形飞机的表面涂特殊隐形物质,是为了减少波的反射,从而达到隐形的目的 C.雷雨天雷声轰鸣不绝是波的多次反射
D.水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象,是波的折射现象 【自主预习】答案:
1.相同 传播方向 2.波源 包络面
3.波的传播方向 波的传播方向 强度 大小 4.返回来 反射角等于入射角 传播方向 5.ACD 6.CD 7.ABCD 【典型例题】
知识点一 对波面和波线的理解 【例1】下列说法中正确的是( )
A.水波是球面波 B.声波是球面波
C.只有横波才能形成球面波 D.只有纵波才能形成球面波
【答案】B [该题考查了波面,根据球面波的定义可知:若波面是球面则为球面波,与是横波还是纵波无关,故C、D不正确,由此可知B正确.由于水波不能在空间中传播,所以它是平面波,A不正确.]
点评 波源发出的波能在三维空间中传播,就能形成球面波,例如地震波.
【例2】下列说法中不正确的是( )
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
【答案】AD[任何波的波线都与波面相互垂直,波线表示波的传播方向,故B、C正确,选A、D.]
点评 波线代表波的传播方向且波线与波面垂直.
知识点二 波的反射、折射现象中各物理量的变化
【例3】图1中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线,则(
)
图1
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
【答案】D [波1、2都在介质a中传播,故1、2的频率、波速、波长均相等,A、B错;波1、
v
3是在两种不同介质中传播,波速不同,但波源没变,因而频率相等,由λ=f
C错,D对.]
点评 波的频率取决于波源的振动频率,与介质无关.波速由介质决定,介质发生变化波速可能发生变化,由v=λf知波长就会发生变化.
方法技巧练
波的反射的应用技巧
【例4】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多远?(v声=340 m/s)
【答案】解析 若汽车静止问题就简单了,现汽车运动,声音传播,如图所示为汽车与声波的运动过程示意图.设汽车由A到C路程为x1,C点到山崖B距离为x;声波由A到B再反射到C路程为x2,则有x2=x1+2x,因汽车与声波运动时间同为t,则
v声t=v汽t+2x
-声-v汽
所以x=m=325 m
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【例5】某物体发出的声音在空气中的波长为1 m,波速为340 m/s,在海水中的波长为4.5 m,
此物体在海面上发出的声音经0.5 s听到回声,则海水深为________m.
v气λ气
【答案】解析 声音在空气和海水中传播时频率是相同的,由v=λf,则v水=
v水λ水
vt1
340×4.5 m/s=1 530 m/s,海水的深度为h×1 530×0.5 m=382.5 m.
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方法总结 在利用波的反射解决一些问题时,注意波的反射规律与初中学习的光的反射规律类似.
【课后练习】
1 .对于惠更斯原理的理解正确的是( )
A.惠更斯原理能够解释所有的波的现象 B.子波的波速与频率等于初级波的波速和频率 C.用惠更斯原理不能解释波的衍射现象
D.同一波面上的两个位置的质点振动步调也可能相反 2. (2013·唐山检测)下列哪些现象不属于反射现象( ) A.回声
B.夏日雷声轰鸣不绝 C.水波绕过水中芦苇秆传播 D.在空房中讲话感到声音更响 3 .下列说法中正确的是( ) A.水波是球面波 B.声波是球面波
C.只有横波才能形成球面波 D.只有纵波才能形成球面波 4. 下列说法正确的是( )
A.声波的反射遵守与光波反射类似的反射定律 B.声波发生折射时,频率、波长、波速均要改变 C.声波是纵波
D.一个剧院满座时交响乐混响时间比空座时长 5. 以下关于波的认识,哪些是正确的( )
A.潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况,用的是波的反射原理
B.隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质,是为了减少波的反射,从而达到隐形的目的
C.雷达的工作原理是利用波的反射
D.水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象,是波的折射现象 6 .(2013·潍坊高二检测)对于波的折射现象下列说法正确的是( )
A.当入射速度小于折射速度时,折射光线偏离法线
B.当波垂直界面入射时,传播方向不改变,波速和波长都不改变 C.在波的折射中,波的频率不改变,波速和波长都发生改变 D.波发生折射时一定不会发生反射现象
7 .(2013·济宁高二检测)小明和小刚每天上学途中都要经过一座铁桥.学习了波的知识之后,小明和小刚想到了一个测量桥长的方法,一人在铁桥的一端用锤子敲击一下,另一人在铁桥的另一端听传来的声音,结果发现经空气和桥声音传到另一端的时间差为2 s(声波在空气中传播速度v1=340 m/s,在钢铁中的传播速率为4 900 m/s),则桥长大约为( )
A.680 m C.730.7 m
B.9 800 m D.无法计算
8 .对于波面和波线的说法中正确的是( ) A.波面一定是球面(形状) B.波线一定是平行直线
C.波线有的时候与波面垂直,有的时候与波面平行 D.不同波面上的各点振动周期相同
9. 当一个探险者进入一个山谷后,为了估测出山谷的宽度,他吼一声后,经过0.5 s听到右边山坡反射回来的声音,又经过1.5 s后听到左边山坡反射回来的声音,若声速为340 m/s,则这个山谷的宽度约为( )
A.170 m B.340 m C.425 m D.680 m
10 .利用超声波可以探测鱼群的位置,在一只装有超声波发射和接收装置的渔船上,当它向选定的方向发射出频率为5.8×10 Hz的超声波后,经过0.64 s收到从鱼群反射回来的反射波,已知5.8×10 Hz的超声波在水中的波长为2.5 cm,则这群鱼跟渔船的距离为________m.
11. 一个观察者在高处用望远镜注视在地上的木工以每秒2次的频率击钉子,他听到声音时恰好看到击锤动作,若观察者距木工680 m,当木工停止击锤后,他还能听到几次击钉声?(声波在空气中的传播速度为
340 m/s)
4
4
图12-6-2
12 .(2013·临川质检)如图12-6-2所示,一只汽船以4 m/s的速度在无风河面上航行,船上发出一声鸣笛,旅客在3 s后听到前方悬崖反射回来的声音,问悬崖离汽船原来的位置有多远?
参考答案
【课后练习】
1.【解析】 惠更斯原理不能够解释所有的波的现象,有一定的局限性,A错.波面上的每一点(面源)都是一个次级球面波的子波源,子波的波速与频率等于初级波的波速和频率,B对.用惠更斯原理能够解释波的衍射现象,C错.同一波面上的两个位置的质点振动情况一定相同,D错.【答案】 B
2.【解析】 水波绕过水中芦苇秆传播属于衍射现象.【答案】 C
3.【解析】 若波面是球面,则为球面波,与横波、纵波无关,由此可知B正确,C、D错误.由于水波不能在三维空间中传播,所以它不是球面波,A不正确.【答案】 B
4.【解析】 声波发生折射时,频率不改变;一个剧院满座时声音在传播过程中经多次反射,能量损失得更快.【答案】 AC
5.【解析】 A、B、C选项中应用了波的反射现象;D选项中应用了波的折射现象,深水区和浅水区可视为不同介质,故波的传播方向发生改变,选项D正确.【答案】 ABCD
6.【解析】 当入射速度小于折射速度时,折射光线偏离法线,A对.当波垂直界面入射时,传播方向尽管不改变,但由于介质发生改变,波速和波长都改变,但周期、频率不变,B错,C对.波发生折射时也可以在两种介质界面上发生反射现象,D错.【答案】AC
7.【解析】 由题意可知:
=2 s,解得l=730.7 m,C对.【答案】C
340 m/s4 900 m/s
ll
8.【解析】 波面可以是球面(形状),也可以是平面(形状),A错.波线可以是平行直线,如平面波波线,也可以不是平行直线,如球面波波线,B错.波线总是与波面垂直,C错.不同波面上的各点振动周期相同,都等于波源的周期,D对.【答案】 D
9.【解析】 右边的声波从发出到反射回来所用时间为t1=0.5 s,左边的声波从发出到反11
射回来所用的时间为t2=2 s.山谷的宽度sv(t1+t2)×340×2.5 m=425 m,故C正确.
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【答案】 C
10.【解析】 超声波在水中的传播速度为
v=λ·f=2.5×10-2×5.8×104 m/s=1.45×103 m/s.所以鱼群到船的距离s=v·t=×
1.45×10×0.64 m=464 m.【答案】 464
11.【解析】 题中木工击钉子产生的声波属于一种时间短暂的“脉冲波”,如图所示,设脉冲的间距为d,由于声速是v=340 m/s,木工击钉频率为f=2 Hz.所以d=λ==
3
1
212
v340
=170 f2
680
m.因此在680 m距离内有n4个脉冲间隔,也就是说木工停止击钉后还能听到4次击钉
170声.【答案】 4次
12.【解析】 如图所示,设船发出鸣笛声于B处,旅客听到回声位置在A处,即3 s内汽船前进了A、B间距离l,则声波经过2s-l的距离.
v声t=2s-l=2s-v船t,
(v声+v船)t(340+4)×3
得s== m
22=516 m. 【答案】 516 m