惠更斯原理学案.doc

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13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＝得波长不同，故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
所以x＝＝ m＝325 m
【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.
【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可知＝，则v水＝340×4.5 m/s＝1 530 m/s，海水的深度为h＝＝×1 530×0.5 m＝382.5 m.
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　　　　　　　　 B．9 800 m
C．730.7 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5.8×104 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5.8×104 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)

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
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射回来所用的时间为t2＝2 s．山谷的宽度s＝v(t1＋t2)＝×340×2.5 m＝425 m，故C正确．
【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＝×1.45×103×0.64 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＝＝ m＝170 m．因此在680 m距离内有n＝＝4个脉冲间隔，也就是说木工停止击钉后还能听到4次击钉声．【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，
得s＝＝ m
＝516 m.
【答案】　516 m

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