4. 惠更斯原理 波的反射与折射教案设计范例

惠更斯原理

波的反射与折射

【教学目标】

（一）知识与技能

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。

（二）过程与方法

培养学生对实验的观察、分析和归纳的能力。

（三）情感、态度与价值观

1、通过对现象的观察、解释、培养学生观察生活，探索知识的能力。

2、通过学习惠更斯原理，体会物理学家研究物理现象时极为巧妙的思维方法

【学情分析】

学生在初中已经学习过光的反射和折射现象以及声音的反射现象。因此本节课的学习学生有一定基础，本节课学生的学习难点在于接受一些新概念和惠更斯原理，并利用机械波的基本知识和惠更斯原理推导波的反射定律和折射定律，激发学生学习物理的兴趣。而最后的落脚点却在应用两个定律分析问题解决问题上。

【教学思路】

通过波面和波线的概念教学，是学生学会确定波面和波线；并向学生介绍子波的概念和惠更斯原理；用惠更斯原理推导波的反射定律和波的折射定律；这样教学的目的在于是学生开阔视野，了解科学家研究物理现象的极为巧妙的思维方法。通过例题和练习，使学生熟练掌握入射角、反射角、折射角和折射率的概念和反射定律和折射定律，并会应用解题。

【教学重点、难点】

1、观察和理解波的反射和折射现象。

2、理解波的反射定律和折射定律，知道波的反射和折射现象中反射角、折射角与入射角的关系。

3、理解波发生反射时的频率、波速和波长都不改变，而波发生折射时，频率不变，但波速和波长会发生变化。

【教学方法】教法：实验观察法、指导阅读法和启发式讲授法。

学法：观察、阅读、思考讨论与交流。

【教学流程】

现象演示

及惠相更关斯概原念理

反射定律

典型例题

折射定律

课堂练习

布置作业

【教学过程及知识要点】

一、波的反射和折射现象

1、复习声音的反射现象、光的反射和折射现象

教师：引导复习

学生：思考回顾

2、水波的反射和折射

教师：演示实验，并指导学生观察认识

（可采用发波水槽和实物投影仪，也可利用多媒体播放实验视频）

学生：观察实验，认识现象

二、惠更斯原理（了解惠更斯对波传播规律的研究）

1．相关概念：波面、波前和波线：

教师：

引导学生思考问题：如何表示波传播的方向？

然后指导学生阅读教材有关内容，理解

（1）什么是波面？什么是波线？

（2）对于水波和空间一点发出的球面波和平面波为例，如何理解波面和波线？

学生：

阅读教材，思考理解：

（1）向各个方向传播的波峰（或波谷）

在同一时刻构成的，叫做波面。

（2）图中与各个波面垂直的线叫波线，用来表示波的传播方向。

2．相关概念：子波源和子波→

惠更斯原理

教师：引导学生阅读教材有关内容，思考理解：

（1）惠更斯原理的内容是什么？

（2）以球面波为例，应用惠更斯原理解释波的传播。

学生：阅读教材，思考理解：

（1）理解并能叙述惠更斯原理：（1690年提出）

介质中波前上的各点，都可以看做一个新的波源（子波源），能够发出子波；其后，

这些子波的包络面就是新的波面，这就是惠更斯原理。

（2）理解子波源、子波这一对概念

（3）如何根据某时刻的波面和波线，作出过一段时间后新的波面？

阅读教材上利用惠更斯原理在球面波、平面波两种情况下确定新波面的方法。

三、波的反射

教师：引导学生阅读教材有关内容，看看书上的实验结果与我们观察到的现象是否一致，⑴球面波

S1

⑵平面波

S2

S1

vΔt

vΔt

S2

d

N

N′

a′

c

b′

b

c′

a

B

D

d′

B′

B1

i

i′ B″

B2

i

i′

A

E1

E2

C

波的反射

体会用惠更斯原理尝试对波的反射定律作出证明。

学生：阅读教材，理解反射现象；并证明波的反射定律。

课本上已经把反射现象中的波面波线关系画在了图中，请证明时参考使用。

如果学生证明有困难，老师可在学生思考后给出证明过程：

∵

∠ABC=∠ADC=90°（波线垂直于波面），

又∵

i=∠BAC，

i′=∠DCA

（同角的余角相等）

BC=AD=v·3Δt

∴ sini=sin∠BAC=BCAD

，sini′=sin∠DCA=

ACAC故

i′= i，即反射角等于入射角。

教师：用多媒体出示右图。结合图形引出入射角、反射角，并给出明确的反射定律的内容：

（1）入射波的波线与平面法线的夹角i叫做入射角。

（2）反射波的波形与平面法线的夹角i′叫做反射角。

（3）反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同。

（4）在波的反射中，遵循下述规律——反射定律：

①入射波的波线、反射波的波线和界面法线在同一平面内；

②反射角等于入射角。

四、波的折射

教师：在实物投影仪上再进行演示：

（1）在水波槽的一部分底面上放一块玻璃板，把槽分成深水区和浅水区两部分。

（2）让水波由深水区射到两个区域的界面上，观察发生的现象。

（3）明确观察到的现象：看到波由深水区进入浅水区能继续传播，但是改变了传播方向。

引导学生阅读教材有关内容，看看书上的实验结果与我们观察到的现象是否一致；

阅读课本上用惠更斯原理对波的折射定律所作出的证明过程。

学生：阅读课文，解答下列思考并理解：

（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规律？阅读课本上用惠更斯原理对波的折射定律所作出的证明过程。

教师：总结折射现象所遵从的规律：

（1）波从一种介质射入另一种介质时，传播的方向会发生改变，这种现象叫做波的折射。

（2）入射波的波线与平面法线的夹角i叫做入射角。折射波的波线界与界面法线之间的夹角r叫做折射角。

（3）在波的折射中遵循下列规律：

①折射波与入射波的频率相同；②折射波和入射波的波速和波长不同

③在波的折射中，入射角θ1和折射角θ2之间有下述关系sin1v1。. sin2v2d

N

c

介质Ⅰ：波速v1

b

a

B

i

A

E1

E2

C

r

D

d′

c′

介质Ⅱ：波速

v2

b′

a′

波的折射

这就是波的折射定律。

其中v1和v2是在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的波速。由于波速是由介质决定的，故v1是一个只与两种介质有关而与v2v1

v2入射角无关的常数，叫做第2种介质相对第1种介质的折射率。用n21表示，则n21如果v2

如果v2>v1，波在进入第2种介质后传播方向将远离法线的方向偏折。

这与实验中波的折射现象一致：在水波的折射演示实验中，水波到达浅水区后，传播速度减小，传播方向向法线靠拢。我们观察到的正是这样。

【课堂练习】

1、蝙蝠有完善的发射和接收超声波的器官，一只蝙蝠以6.0米/秒的速度垂直于墙飞行，且f=4.5×104Hz的频率发超声波，并经0.01秒接收到回声。若声速是340米/秒，求蝙蝠发射超声波时离墙的距离及蝙蝠所发出的超声波的波长?

参考答案：s=1.73米

λ=7.56×10-3m 2、水波以一定的入射角由浅水区射入深水区，已知浅水区波速v1小于深水区的波速v2，试问折射线是折向法线还是折离法线？

参考答案：浅水区和深水区可看成两种介质，当波从浅水区射向深水区波的传播方向要发sin1v1生变化。因为v1

知道，

sinθ1＜sinθ2，折射线折离法线。

sin2v2

【课堂小结】

本节的知识点（概念和规律）较多可概括如下：

一个原理：惠更斯原理

两种现象：波的反射和波的折射

两个定律：波的反射定律、波的折射定律

多个概念：波面、波前、波线、入射角、反射角、折射角

*知识卡片

波的反射定律

（1）入射波的波线、反射波的波线和界面法线在同一平面内；

（2）反射角等于入射角。

波的折射定律

（1）入射波的波线、折射波的波线和界面法线在同一平面内；

（2）入射角的正弦与折射角的正弦之比，等于波在第一种介质中的传播速率与在第二种介质中的传播速率之比，即：sin1v1v。（1n21叫做介质2对介质1的折射率）

sin2v2v2【作业与活动】