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， 要求學生了解波面、 波線等概念， 學會利用惠更斯原理確 定下一時刻新的波面。 在此根底上引導學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行論證。【教案目標】理解惠更斯原理知道波發(fā)生反射時，反射角等于入射角，反射波的頻率，波速、波長都與入射波相同知道波發(fā)生折射是由于波在不同介質中速度不同知道折射角與入射角的關系【教案重難點】重點是使學生掌握波的反射與折射的規(guī)律難點是理解惠更斯原理【教案思路】通過現(xiàn)象引入新課， 激發(fā)學生的好奇性， 然后在教師的組織下首先學習惠更斯原理， 使 學生了解波在傳播時某一時

2、刻的波面上的各點都可以認為是一個新的波源， 向各個方向發(fā)出 子波， 由此可以確定下一時刻的波面。 在此根底上， 引導學生對波的反射和折射規(guī)律分別進 行探究和論證。 主要手段是先通過對實驗現(xiàn)象的觀察、 分析得出大致的規(guī)律， 進而利用惠更 斯原理進行分析論證，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生開闊視野， 了解科學家研究物理現(xiàn)象的極為巧妙的思維 方法。 通過例題和練習， 使學生熟練掌握入射角、 反射角、折射角和折射率的概念和反射定 律和折射定律，并會應用解題。【教案器材】發(fā)波水槽、投影儀、自制多媒體課件等教案過程】新課導入教師： 各種波在傳播過

3、程中，遇到較大的障礙物時，都會發(fā)生反射現(xiàn)象聲波在遇到較 大的障礙物后也會反射回來反射回來的聲波傳入人耳， 聽到的就是回聲， 我們在山中、在 大的空房間里大聲說話時，都會聽到回聲。學生：回憶生活中的體驗。教師：演示實驗水波的反射現(xiàn)象，并指導學生觀察認識采用發(fā)波水槽和實物投 影儀。學生：觀察實驗，認識現(xiàn)象。教師：提出問題：波為什么會有這樣的現(xiàn)象呢？其有何規(guī)律呢？ 要了解這些問題，我們必須先學習惠更斯原理。新課展示一、惠更斯原理1相關概念：波面、波前和波線： 教師：引導學生思考問題：如何表示波傳播的方向？ 然后指導學生閱讀教材 40 頁有關容，理解：1什么是波面？什么是波線？2對于水波和空間一點發(fā)出

4、的球面波和平面波為例，如何理解波面和波線？ 學生：閱讀教材，思考理解： 1在波的傳播過程中， 任一時刻介質中任何振動狀態(tài)相同的點聯(lián)結成的面叫做波面， 又叫波前。2圖中與各個波面垂直的線叫波線，用來表示波的傳播方向。2相關概念：子波源和子波惠更斯原理教師：根據(jù)教材 40頁有關容，邊講解 邊畫出以下板圖，也可以利用PPT的動畫功 能逐步畫出下一時刻子波的包絡面，讓學生理解惠更斯對波的傳播的研究結果學生：閱讀教材，思考理解：1理解并能表達惠更斯原理：1690年提出介質中波前上的各點，都可以看做一個新的波源子波源，能夠發(fā)出子波；其后，這些子波的包絡面就是新的波面，這就是惠更斯原理。2理解子波源、子波這

5、一對概念3如何根據(jù)某時刻的波面和波線，作出過一段時間后新的波面？二、研究機械波的反射規(guī)律教師：在剛剛的實驗家看到，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？結合課本圖2-24，引導學生利用惠更斯原理進行分析論證.某時刻到達擋板 A點的波，作為子波源發(fā)出的波在下一時刻波面半徑是t，假設在波的反射t B點作為子波源發(fā)出的子波面剛好到達C點，那么B 、B點作為子波源發(fā)出的子波面應是從E2、Ei點所作半徑分別為 -和 冬的球面，從而作出這些球面的包絡面。33學生：閱讀教材，理解反射現(xiàn)象；并證明波的反射定律。如果學生證明有困難，老師可在學生思考后給出證明過程

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、研究機械波的折射規(guī)律教師：在實物投影儀上再進行演示：(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)進入淺水區(qū)能繼續(xù)傳播，但是改變了傳播方向。引導學生閱讀教材 4243頁有關容,看看書上的實驗結果與我們觀察到的現(xiàn)象是否一致閱讀課本上用惠

7、更斯原理對波的折射定律所作出的證明過程。學生：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波的折射定律所作出的 證明過程。教師：總結折射現(xiàn)象所遵從的規(guī)律：(1)波從一種介質射入另一種介質時，傳播的方向會發(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不同在波的折射中，入射角91和折射角&之間有下述關系沁vsin 2

8、v2這就是波的折射定律。其中vi和v2是在介質I和介質n中的波速。由于波速是由介質決定的，故也是一個只與兩種介質V2有關而與入射角無關的常數(shù)，叫做第2種介質相對第1種介質的折射率。用n2i表示，那么n2iV1V2如果V2V1,波在進入第2種介質后傳播方向將遠離法線的方向偏折。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，汽車鳴笛2 s后司機聽到回聲，此時汽車距山崖的距離有多遠? v聲3 40 m/s到C位移為xi, C到山崖距離為X2，設汽車鳴笛到司機聽到回:車幾目解讀：此題中汽車在運動，聲音在傳播，使得情景變

9、得較 復雜，畫出汽車與聲音運動過程示意圖如下圖，設汽車由聲時間為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由圖判斷下面說法中正確【例2】如下圖，是聲波從介質I進入介質n的折射情況,的是A .入射角大于折射角,聲波在介質I中的波速大于它在介質中的波速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I中波速v1與介質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C錯誤；根據(jù)折射規(guī)律有V1 V2，選項D錯誤，選項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B錯誤.反應練習1如下圖，某列波以60的入射角由甲介質射到乙介質的界面上同時產生反射和折射，假設反射波的波線與折射波的波線的夾角為90 此波在乙介質中的波速為法線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課堂總結本節(jié)的知識點(概念和規(guī)律)較多，可概括如下：一個原理：惠更斯原理兩種現(xiàn)象：波的反射和波的折射兩個定律：波的反射定律、波的折射定律多個概念：波面、波前、波線、入射角、反射角、折射角家庭作