惠更斯原理波的反射與折射

1、2.4 惠更斯原理 波的反射與折射【教材分析】教材首先介紹了惠更斯原理， 要求學(xué)生了解波面、 波線等概念， 學(xué)會(huì)利用惠更斯原理確 定下一時(shí)刻新的波面。 在此根底上引導(dǎo)學(xué)生觀察和研究波的反射現(xiàn)象和波的折射現(xiàn)象及其規(guī) 律，并利用惠更斯原理進(jìn)行論證。【教案目標(biāo)】理解惠更斯原理知道波發(fā)生反射時(shí)，反射角等于入射角，反射波的頻率，波速、波長(zhǎng)都與入射波相同知道波發(fā)生折射是由于波在不同介質(zhì)中速度不同知道折射角與入射角的關(guān)系【教案重難點(diǎn)】重點(diǎn)是使學(xué)生掌握波的反射與折射的規(guī)律難點(diǎn)是理解惠更斯原理【教案思路】通過(guò)現(xiàn)象引入新課， 激發(fā)學(xué)生的好奇性， 然后在教師的組織下首先學(xué)習(xí)惠更斯原理， 使 學(xué)生了解波在傳播時(shí)某一時(shí)

2、刻的波面上的各點(diǎn)都可以認(rèn)為是一個(gè)新的波源， 向各個(gè)方向發(fā)出 子波， 由此可以確定下一時(shí)刻的波面。 在此根底上， 引導(dǎo)學(xué)生對(duì)波的反射和折射規(guī)律分別進(jìn) 行探究和論證。 主要手段是先通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、 分析得出大致的規(guī)律， 進(jìn)而利用惠更 斯原理進(jìn)行分析論證，最后分別得出波的反射和折射現(xiàn)象中滿足的規(guī)律反射定律和折 射定律。 這樣教案的目的在于使學(xué)生開(kāi)闊視野， 了解科學(xué)家研究物理現(xiàn)象的極為巧妙的思維 方法。 通過(guò)例題和練習(xí)， 使學(xué)生熟練掌握入射角、 反射角、折射角和折射率的概念和反射定 律和折射定律，并會(huì)應(yīng)用解題?！窘贪钙鞑摹堪l(fā)波水槽、投影儀、自制多媒體課件等教案過(guò)程】新課導(dǎo)入教師： 各種波在傳播過(guò)

3、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?、?大的空房間里大聲說(shuō)話時(shí)，都會(huì)聽(tīng)到回聲。學(xué)生：回憶生活中的體驗(yàn)。教師：演示實(shí)驗(yàn)水波的反射現(xiàn)象，并指導(dǎo)學(xué)生觀察認(rèn)識(shí)采用發(fā)波水槽和實(shí)物投 影儀。學(xué)生：觀察實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)現(xiàn)象。教師：提出問(wèn)題：波為什么會(huì)有這樣的現(xiàn)象呢？其有何規(guī)律呢？ 要了解這些問(wèn)題，我們必須先學(xué)習(xí)惠更斯原理。新課展示一、惠更斯原理1相關(guān)概念：波面、波前和波線： 教師：引導(dǎo)學(xué)生思考問(wèn)題：如何表示波傳播的方向？ 然后指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材 40 頁(yè)有關(guān)容，理解：1什么是波面？什么是波線？2對(duì)于水波和空間一點(diǎn)發(fā)出

4、的球面波和平面波為例，如何理解波面和波線？ 學(xué)生：閱讀教材，思考理解： 1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)相同的點(diǎn)聯(lián)結(jié)成的面叫做波面， 又叫波前。2圖中與各個(gè)波面垂直的線叫波線，用來(lái)表示波的傳播方向。2相關(guān)概念：子波源和子波惠更斯原理教師：根據(jù)教材 40頁(yè)有關(guān)容，邊講解 邊畫(huà)出以下板圖，也可以利用PPT的動(dòng)畫(huà)功 能逐步畫(huà)出下一時(shí)刻子波的包絡(luò)面，讓學(xué)生理解惠更斯對(duì)波的傳播的研究結(jié)果學(xué)生：閱讀教材，思考理解：1理解并能表達(dá)惠更斯原理：1690年提出介質(zhì)中波前上的各點(diǎn)，都可以看做一個(gè)新的波源子波源，能夠發(fā)出子波；其后，這些子波的包絡(luò)面就是新的波面，這就是惠更斯原理。2理解子波源、子波這

5、一對(duì)概念3如何根據(jù)某時(shí)刻的波面和波線，作出過(guò)一段時(shí)間后新的波面？二、研究機(jī)械波的反射規(guī)律教師：在剛剛的實(shí)驗(yàn)家看到，波遇到擋板后傳播方向發(fā)了改變，那么入射到擋板上的水波被反射后，他的傳播方向有什么規(guī)律呢？結(jié)合課本圖2-24，引導(dǎo)學(xué)生利用惠更斯原理進(jìn)行分析論證.某時(shí)刻到達(dá)擋板 A點(diǎn)的波，作為子波源發(fā)出的波在下一時(shí)刻波面半徑是t，假設(shè)在波的反射t B點(diǎn)作為子波源發(fā)出的子波面剛好到達(dá)C點(diǎn)，那么B 、B點(diǎn)作為子波源發(fā)出的子波面應(yīng)是從E2、Ei點(diǎn)所作半徑分別為 -和 冬的球面，從而作出這些球面的包絡(luò)面。33學(xué)生：閱讀教材，理解反射現(xiàn)象；并證明波的反射定律。如果學(xué)生證明有困難，老師可在學(xué)生思考后給出證明過(guò)程

6、：/ABC= /ADC=9 0 (波線垂直于波面)又i=/BAC , i =ZDCA(同角的余角相等)BC=AD= tBC ,ADsini=sin ZBAC=, sini =sin ZDCA=-ACAC故i= i,即反射角等于入射角。三、研究機(jī)械波的折射規(guī)律教師：在實(shí)物投影儀上再進(jìn)行演示：(1) 在水波槽的一局部底面上放一塊玻璃板，把槽分成深水區(qū)和淺水區(qū)兩局部。(2) 讓水波由深水區(qū)射到兩個(gè)區(qū)域的界面上，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。(3) 明確觀察到的現(xiàn)象：看到波由深水區(qū)進(jìn)入淺水區(qū)能繼續(xù)傳播，但是改變了傳播方向。引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材 4243頁(yè)有關(guān)容,看看書(shū)上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與我們觀察到的現(xiàn)象是否一致閱讀課本上用惠

7、更斯原理對(duì)波的折射定律所作出的證明過(guò)程。學(xué)生：閱讀課文，解答以下思考并理dNaad波的折射解:(1) 什么是波的折射？(2) 什么叫入射角和折射角？(3) 在波的折射中遵循什么規(guī)律？閱讀課本上用惠更斯原理對(duì)波的折射定律所作出的 證明過(guò)程。教師：總結(jié)折射現(xiàn)象所遵從的規(guī)律：(1)波從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播的方向會(huì)發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做波的折 射。(2)入射波的波線與界面法線的夾角i叫做入射角。折射波的波線界與界面法線之間的夾角r叫做折射角。(3) 在波的折射中遵循以下規(guī)律:折射波與入射波的頻率相同；折射波和入射波的波速和波長(zhǎng)不同在波的折射中，入射角91和折射角&之間有下述關(guān)系沁vsin 2

8、v2這就是波的折射定律。其中vi和v2是在介質(zhì)I和介質(zhì)n中的波速。由于波速是由介質(zhì)決定的，故也是一個(gè)只與兩種介質(zhì)V2有關(guān)而與入射角無(wú)關(guān)的常數(shù)，叫做第2種介質(zhì)相對(duì)第1種介質(zhì)的折射率。用n2i表示，那么n2iV1V2如果V2V1,波在進(jìn)入第2種介質(zhì)后傳播方向?qū)⑦h(yuǎn)離法線的方向偏折。度減小，傳播方向向法線靠攏。我們觀察到的正是這樣。案例分析【例1】有一輛汽車以15 m/s的速度勻速行駛，在其正前方有一陡峭山崖，汽車?guó)Q笛2 s后司機(jī)聽(tīng)到回聲，此時(shí)汽車距山崖的距離有多遠(yuǎn)? v聲3 40 m/s到C位移為xi, C到山崖距離為X2，設(shè)汽車?guó)Q笛到司機(jī)聽(tīng)到回:車幾目解讀：此題中汽車在運(yùn)動(dòng)，聲音在傳播，使得情景變

9、得較 復(fù)雜，畫(huà)出汽車與聲音運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖如下圖，設(shè)汽車由聲時(shí)間為t,有t=2 s.x1x1 2x2那么：一112=t.v聲v聲(34015)2 m=325m.v聲t x1v聲t v車t解得X2=2 2由圖判斷下面說(shuō)法中正確【例2】如下圖，是聲波從介質(zhì)I進(jìn)入介質(zhì)n的折射情況,的是A .入射角大于折射角,聲波在介質(zhì)I中的波速大于它在介質(zhì)中的波速B .入射角大于折射角,I可能是空氣,n可能是水c.入射角小于折射角,I可能是鋼鐵,n可能是空氣D .介質(zhì)I中波速v1與介質(zhì)n中波速v2滿足:vsin 2v2sin 102為折射角，從圖可sin 1v1丄=1，所以sin 2v2解讀：選A.圖中MN為介質(zhì)界面

10、，虛線為法線，01為入射角,直接看出入射角大于折射角 01 0,那么選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)折射規(guī)律有V1 V2，選項(xiàng)D錯(cuò)誤，選項(xiàng)A正確；聲波在液體、固體中的速度大于在氣體中的速度，選項(xiàng)B錯(cuò)誤.反應(yīng)練習(xí)1如下圖，某列波以60的入射角由甲介質(zhì)射到乙介質(zhì)的界面上同時(shí)產(chǎn)生反射和折射，假設(shè)反射波的波線與折射波的波線的夾角為90 此波在乙介質(zhì)中的波速為法線1.2X105km/s.該波的折射角為折射波(2)該波在甲介質(zhì)中的傳播速度為多少?正確答案:(1)由反射定律可得反射角為60由題圖的幾何關(guān)系可得折射角為r=30(2)由波的折射定律得甲si nisi n603551.2 102.08 10 km/s乙0乙sin rsin 301課堂總結(jié)本節(jié)的知識(shí)點(diǎn)(概念和規(guī)律)較多，可概括如下：一個(gè)原理：惠更斯原理兩種現(xiàn)象：波的反射和波的折射兩個(gè)定律：波的反射定律、波的折射定律多個(gè)概念：波面、波前、波線、入射角、反射角、折射角家庭作