4. 惠更斯原理 波的反射与折射教案推荐

课题:惠更斯原理

波的反射与折射

教学目标

1．知道波传播到两种介质交界面时，会发生反射和折射

2．知道波发生反射时，反射角等于入射角、反射波的频率、波速和波长都与入射波相同．

3．知道波发生折射是由于波在不同的介质中速度不同．知道折射角与入射角的关系．

重点难点

重点：波的反射和折射定律．

难点：对波面和波线概念的理解．

教学过程：

机械振动在介质中的传播形成机械波．我们通过波速、周期等物理量描述了机械波，波作为一种运动的形式既具有一般运动所具有的普遍性，又具有区别于其他运动形式的特殊性．波的反射和折射、波的衍射、波的干涉这些现象是波动形式的共同特性，也是学好以后知识的基础．

（一）惠更斯原理

波在传播过程中所到达的每一点都可看作新的波源，从这些点发出的球面形状的子波，其后任一时刻这些子波波前的包络面就是新的波前。

（二）波的反射

【演示】在水波槽的装置中，把一根金属丝固定在振动片上，当金属片振动时，金属丝周期性的触动水面，形成波源，在水面上从波源发出一列圆形波．

将实验现象用投影仪投影在屏幕上，可观察到：

（1）水面上形成一列圆形波

（2）画面上的圆形是朝各个方向传播的波峰波谷．

1．波面和波线

（1）波面：同一时刻，介质中处于波峰或波谷的质点所构成的面叫做波面．

（2）波线：用来表示波的传播方向的跟各个波面垂直的线叫做波线．如图所示．

2．波的反射：波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫做波的反射．

【演示】观察反射现象．在水波槽中放一块长木板，会看到从波源发出的圆形波，遇到长木板后有一列圆形波从长木板反射回来．

3．反射规律

（1）入射角（i）和反射角（i）：入射波的波线与平面法线的夹角i叫做入射角．反射波的波线与平面法线的夹角i叫做反射角．如图所示。

（2）反射规律

①反射定律：入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分居法线两侧，反射角等于入射角ii。

②反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同．

4．波遇到两种介质界面时，总存在反射．

（三）波的折射

【演示】在水槽的一部分底面上放一块厚玻璃板，使槽分为深水区和浅水区两个区域，（水波在这两个区域中传播速度不同，因而可以把这两个区域看做是不同的介质），让水波从深水区射到两个区域分界面上，并用投影仪将演示现象投影到屏幕上．同学们可以看到波由深水区进入浅水区继续传播，但是改变了传播方向．

1．波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生了改变的现象叫做波的折射．

2．折射规律：

（1）折射角（r）：折射波的波线与两介质界面法线的夹角r叫做折射角．如图所示．

（2）折射定律

①折射定律：入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居法线两侧．入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比siniv1

sinrv2

可见：当v1v2时，ir折射角折向法线

当v1v2时，ir折射角折离法线

当垂直界面入射（i0）时，i0传播方向不改变，属折射中的特例．

②在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变．

3．波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同．

［例1］分析下列现象的原因：

1．回声

2．夏日的雷声轰鸣不绝

3．在空房间里讲话感觉声音响

［解析］1．回声是声波的反射现象．原因是对着山崖或高墙说话，声波传到山崖或高墙时，会被反射回来继续传播．

2．夏日的雷声轰鸣不绝．原因是声波在云层界面多次反射．

3．在空房间里讲话感觉声音响．原因是：声波在普通房间里遇到墙壁、地面、天花板发生反射时，由于距离近，原声与回声几乎同时到达人耳．人耳只能分开相差0.1s以上的声音．所以，人在房间里讲话感觉声音比在野外大，而普通房间里的幔帐、地毯、衣物等会吸收声波，会影响室内的声响效果．

【例2】某测量员是这样利用回声测距离的：他站在两平行墙壁间某一位置鸣枪，经过1.00s第一次听到回声，又经过0.5s再次听到回声，已知声速为340m／s，则两墙壁间的距离为________m．

【解析】测量员先后听到两次回声分别是前（离他较近的墙）后两墙对声波的反射所造成的．设测量员离较近的前墙壁的距离为x，则他到后墙壁的距离为sx．所以有2xvt12(sx)vt2v(t1t)解得两墙壁间的距离s＝425m．

【小结】当波遇到两种介质界面时，一般会同时发生反射（一定发生）和折射（当发生全反射时，不存在折射）．它们分别遵循反射定律（ii）和折射定律（

siniv1．

）sinrv2