12.6 惠更斯原理
高二物理选修34：12.6 惠更斯原理(共15张PPT)
vt . . .
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播 方 向
.
t 时刻波前
t 时刻波前
t + t 时刻波前
t
t + t 时刻波前
9、要学生做的事，教职员躬亲共做；要学生学的知识，教职员躬亲共学；要学生守的规则，教职员躬亲共守。2021/8/282021/8/28Saturday, August 28, 2021 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。2021/8/282021/8/282021/8/288/28/2021 3:24:28 AM 11、只有让学生不把全部时间都用在学习上，而留下许多自由支配的时间，他才能顺利地学习……（这）是教育过程的逻辑。2021/8/282021/8/282021/8/28Aug-2128-Aug-21 12、要记住，你不仅是教课的教师，也是学生的教育者，生活的导师和道德的引路人。2021/8/282021/8/282021/8/28Saturday, August 28, 2021
法线
i i'
平面
注意： 1.反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同。 2.波遇到两种介质界面时，总存在反射。
生活中波的反射现象的思考
1．回声是声波的反射现象． 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．
声波在云层界面多次反射． 3．在空房间里讲话感觉声音响．
注意：同一波面上各质点振动状态相同的
波前：最前面的波面叫波前 平面波：波面是平面的波称为平面波 圆（球）形波波面是圆（球）形的波称为圆（球）形波
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。
特点：波线与波面互相垂直
波面 波线
专题12.6 惠更斯原理-2020届高中物理同步讲义 人教版(选修3-4)
第十二章机械波第6节惠更斯原理一、惠更斯原理1．波面与波线（1）波面：在波的传播过程中，某时刻任何振动状态都__________的介质质点所组成的面，也叫__________。
（2）波线：指与波面垂直的那些线，代表了波的__________。
如图所示。
2．波的分类（1）球面波：由空间一点发出的波，它的波面是以__________为球心的一个个球面，波线就是这些球面的__________。
（2）平面波，指波面是___________的波。
3．惠更斯原理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。
二、惠更斯原理的应用如果知道某时刻一列波的某个_________的位置，还知道___________，利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个___________的位置，从而确定波的______________。
但无法说明衍射现象与___________或______________的大小关系。
三、波的反射1．定义：波遇到障碍物时会返回来继续传播的现象。
2．反射定律（1）入射角：___________与反射面法线的夹角，如图中的α。
（2）反射角：___________与反射面法线的夹角，如图中的β。
（3）反射定律：反射波线、入射波线和法线在同一平面内，反射波线和入射波线分别位于___________两侧，反射角等于入射角。
学&科网四、波的折射 1．折射现象波在传播过程中，由一种介质进入另一种介质时，__________________发生偏折的现象，如图所示。
2．折射规律（1）频率：频率___________； （2）波速：发生_____________； （3）波长：发生____________。
3．折射定律（1）内容：入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第Ⅰ种介质中的__________与波在第Ⅱ种介质中的波速之比。
人教版物理(选修3-4)课件：12.6惠更斯原理(29页)
A．惠更斯原理能够解释波的反射和折射现象 B．惠更斯原理能够解释波的衍射 C．介质中任何一个波面的各点，都可以看成发射子波的 波源 D．惠更斯原理能够解释衍射现象与障碍物或孔的大小关 系
解析 惠更斯原理解释了波的传播方向上的问题，所以能 够解释波的反射现象和折射现象，故A选项正确．同样，惠更 斯原理也可以解释波的衍射，但不能解释衍射现象与孔或障碍 物大小的关系，故B选项正确，D选项错误；由惠更斯原理可 知，C选项正确．
三、波的反射和波的折射 1．波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射现象和 折射现象，一些物理量相应地发生变化，比较如下：
2.说明 (1)频率f由波源决定，故无论是反射波的频率还是折射波 的频率都与入射波的频率，即波源的振动频率相同． (2)波速v由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传 播，故波速不变，而折射波与入射波在不同介质中传播，所以 波速变化．
三、波的反射和折射 1．反射现象：波遇到介质界面会反回来继续传播的现 象． 2．折射现象：波从一种介质射入另一种介质时，波的传 播方向发生改变的现象．如图所示．
3．入射角、反射角和折射角 (1)入射角：入射波的波线与界面法线的夹角，如图中i、 θ1 . (2)反射角：反射波的波线与界面法线的夹角，如图中i′. (3)折射角：折射波的波线与界面法线的夹角，如图中θ2.
【解析】
由惠更斯的理论可知，波面就是由振动状态相
同的点组成的面，故A选项正确，B选项错误；由于波在均匀 介质中各个方向的传播速度大小相等，所以一个点波源所形成 的波面是以波源为球心的一个个球面，C选项正确；波线就是 垂直波面向前的波的传播方向，故D选项正确．
【答案】
ACD
巩固练习1 的是( )
(多选题)关于惠更斯的理解，下列说法正确
惠更斯原理--优质获奖精品教案 (6)
12.6惠更斯原理【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【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。
【进行新课】一、惠更斯原理1．波面和波线(1)波面：在波的传播过程中，任一时刻振动状态都相同的介质质点所组成的面；(2)波线：与波面垂直指向传播方向的直线，如图2－3－1所示．图2－3－1(3)波的分类①球面波：波面是球面的波．②平面波：波面是平面的波．2．惠更斯原理(1)内容：介质中任一波阵面上的各点，都可以看作发射子波的波源，其后任一时刻，这些子波的包迹就是新的波阵面．(2)应用：如果知道某时刻一列波的某个波阵面的位置，还知道波速，利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个波阵面的位置，从而可确定波的传播方向．利用惠更斯原理还可以解释波的反射、折射．二、波的反射和折射1．波的反射(1)反射现象：波遇到障碍物时，会返回原来的介质中继续传播的现象．(2)反射定律：a．入射角：入射波的波线与界面法线的夹角．b．反射角：反射波的波线与界面法线的夹角．c．内容：入射波线、法线和反射波线在同一平面内，且反射角等于入射角；反射波的波长、频率和波速跟入射波相同．2．波的折射(1)折射现象：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象．(2)折射特点：在波的折射中，波的频率不变，波速和波长都会改变．疑难导析：一、波线、波面的特点与关系1．对波线、波面的理解(1)波面：不一定是面，如水波，它只能在水面传播，水波的波面是以波源为圆心的一簇圆．(2)波线：有方向的一簇线，它的方向代表了波的传播方向．(3)波线与波面的关系；互相垂直，一定条件下由波面可确定波线，由波线可确定波面．1．应用惠更斯原理解释波现象的步骤(1)在波面上取两点或多个点作为子波的波源；(2)选一段时间Δt；(3)根据波速确定Δt时间后子波波面的位置；(4)确定子波在波前进方向上的包络面，即为新的波面；(5)由新的波面可确定波线及其方向．2．利用惠更斯原理解释波的传播如图2－3－2所示，以O为球心的球面波在时刻t的波面为γ，按照惠更斯原理，γ面上每个点都是子波的波源．设各个方向的波速都是v，在Δt时间之后各子波的波面如图中虚线所示，γ′是这些子波的包络面，它就是原来球面波的波面在时间Δt后的新位置．可以看出，新的波面仍是一个球面，它与原来球面的半径之差为vΔt，表示波向前传播了v·Δt的距离．与此类似，可以用惠更斯原理说明平面波的传播，如图2－3－3所示．图2－3－2图2－3－3【特别提醒】在利用惠更斯原理解释波的传播时，t时刻的波面γ和波面上子波源的选取是任意的，但一般作图时，为使作出的图更美观，通常画成均匀或对称的形式．典例分析：一、波的反射有一辆汽车以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是多少？(v 声＝340 m/s)【导析】 声音向前传播遇到障碍物再返回的过程中，汽车也在运动．【解析】 画出汽车与声音运动过程示意图如图所示，设汽车由A 到C 位移为s 1，C 到山崖B 距离为s 2，设汽车鸣笛到司机听到回声时间为t ，有t ＝2 s ，则：s 1v 车＝s 1＋2s 2v 声＝t 解得s 2＝v 声·t －s 12＝v 声·t －v 车t 2＝(340－15)×22m ＝325 m. 【答案】 325 m波在同一种均匀介质中沿直线传播，遇到障碍物反射时，波的频率、波速和波长均不发生变化。
12.6惠更斯原理(波的反射和折射)
惠更斯原理
1、水波向四周传开，各个方向上波速一样 2、四面八方传播的波峰组成了一个圆，波谷也组 成了一个圆，实际上任意振动状态相同的点都 组成了一个圆
3、我们把这些圆叫做波面
一.波动中的几个概念
1. 波面：从波源发出的波经过同一传播时间而到达的各 t 时刻 t +Δt 时刻 点所组成的面，叫做波面。
波线
波面
波面
三.波的反射
演示水波槽实验三
法线Βιβλιοθήκη 波在传播的过程中，遇到两种介质的分界面时返回到原 介质继续传播的现象。
i i'
入射角i：入射波的波线与平面法线的夹角。 反射角i’：反射波的波线与平面法线的夹角。
平面
规律（与光的反射定律相同）： 1、入射线、法线、反射线在同一平面内，入射角等 于反射角； 2、反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同。
折射的原因：波在不同介质中速度不同
四.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。
折射角（r）：折射波的波线与法线的夹角
i
介质I
法线
介质II
界面
r
折射定律： 入射线、法线、折射线共面，入射线与折射线分 居法线两侧．入射角、折射角的正弦比等于波在 第一种介质和第二种介质中的速度比。
sin i v1 sin r v2
的吸收雷达波的涂料。
B超 人体各个内脏的表面对 超声波的反射能力是不同的， 健康内脏和病变内脏的反射能 力也不一样．平常说的“B超” 就是根据内脏反射的超声波进 行造影，帮助医生分析体内的 病变的。 “B超”是亮度调制型超声诊 断仪的简称。由于能在荧光屏 上显示出断面图像，所以又称 断面显像仪。 它所显示的图像具有与人体解剖位置直接对应的特点，所 以十分直观，使用方便，诊断正确率高。近年来，B型超 声显象仪已被用于许多脏器的检查，但脑和眼等部位的辅 助检查仍以A型为主。
学案5：12.6 惠更斯原理
12.6 惠更斯原理学习目标1．知道波传播到两种介质交界面时，会发生反射和折射。
2．掌握惠更斯原理，应用惠更斯原理解释波的反射和折射现象。
3．了解波面和波线的概念。
情景思考导入大海里的波浪从深处传到岸边，到达岸边的波纹几乎都是与海岸线平行的，为什么呢？基础知识梳理1．波面和波线(1)如图所示，任何________相同的点都组成一个圆，这些圆叫做____。
与波面____的线叫做____，代表了波的________。
(2)球面波：由空间一点发出的波，它的波面是以____为球心的一个个____，波线就是这些球面的____。
(3)平面波：波面是____的波。
水波只在水面传播，它属于______。
2．惠更斯原理(1)内容：介质中任一波面上的各点，都可以看成发射子波的____，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的______就是新的波面。
(2)作用：如果知道某时刻一列波的某个____的位置，还知道____，利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个波面的位置，从而可确定波的________。
3．波的反射波遇到介质面会返回来继续传播的现象就是波的反射现象。
4．波的折射波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的________通常会发生改变的现象就是波的折射现象。
重点难点突破一、惠更斯原理1．内容：介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面。
2．用惠更斯原理解释波的传播在Δt时间内，子波传播的距离为r＝vΔt，而子波形成的新的波面相对于原波面传播的距离s＝vΔt，表示波向前传播了vΔt的距离，如图所示。
用惠更斯原理解用惠更斯原理解释球面波的传播释平面波的传播特别警示同一波面上的各质点振动情况必须完全相同。
二、波的反射、折射中哪些物理量发生了变化，哪些物理量保持不变1．波的反射是指波遇到了障碍物就会返回来继续传播，因此波的传播方向发生了变化。
反射波与入射波在同一介质中传播，介质决定了波速，因此波速不变。
12.6 惠更斯原理
四、波的折射
• 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．
2 、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：
传播，这种现象叫做波的反 射．
反射规律
• 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．
• 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。
•
•
反射波的波长、频率、波速都跟入射 波相同． 波遇到两种介质界面时，总存在反 射．
荷兰物理学家
惠 更 斯 C.Huygens
(1629-1695)
• 利用惠更斯原理可以由已知的波面通过几何作
图方法确定下一时刻的波面，从而确定波的传 播方向。例如当波在均匀的各向同性介质中传 播时，用上述作图法求出的波面的几何形状总 是保持不变的。
t+t时刻波面
波传播方向
t时刻波面
t+ t
ut 平面波
sin i v1 sin r v2
折射率
定理证明: 由惠更斯原理，A、B为同一波面上的两点，A、 B点会发射子波， B i 经t后， B点发射的子波到达界 u1t 面处D点， A点的到达C点， i A r u1 t BD D u t 2 sin i C AD AD r AC u2 t sin r AD AD
优化方案物理：12.6 惠更斯原理 课件(人教版选修3-4)
即时应用(即时突破，小试牛刀) 1．下列说法正确的是 ( ) A．波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波 长变短 B．波发生反射时，频率、波长、波速均不变 C．波发生折射时，波的频率不变，但波长、波速 发生变化 D．波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生 变化
解析：选BC.波发生反射时,在同一种介质中运动， 因此波长、波速和频率不变；波发生折射时，频 率不变，波速变，波长变，故B、C正确．A、D错 误.
【答案】 17 m 17.9 m/s
之间的时间间隔Δt＝1.0 s，超声波在空气中传播的 速度是v＝340 m/s，若汽车是匀速行驶的，则根据 图乙可知，汽车在接收到p1、p2两个信号之间的时 间内前进的距离是多少？汽车的速度是多大？
图12－6－2
【思路点拨】 超声波遇到障碍物会反射回来．从 发出超声波到收到超声波的时间就是波来回运动的 时间，而中间时刻就是跟物体相遇的时刻．
特别提醒：人耳能将原声和回声(反射回来的声音) 区分开的最小时间间隔为0.1 s.
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2．人耳只能区分相差0.1 s以上的两个声音，人
要听到自己讲话的回声，离障碍物的距离至少要
大于( )
A．34 m B．17 m
C．100 m
D．170 m
课 堂互动讲练
类型一 对波线、波面的认识
例1
【精讲精析】 不管是平面波，还是球面波，其 波面与波线均垂直，选项A错误，选项B正确，只 有波线才表示波的传播方向,选项C正确，D错误． 【答案】 AD
变式训练1 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 答案：ACD
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第六节惠更斯原理
教学目标：
（一）知识与技能
1.知道波面和波线，以及波传播到两种介质的界面时同时发生反射和折射
2.知道波发生反射现象时，反射角等于入射角，知道反射波的频率，波速和波长与入射波相同
3.知道折射波与入射波的频率相同，波速与波长不同，理解波发生折射的原因是波在不同介质中速度不同
（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
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。
教学重难点：
惠更斯原理对波的反射和折射规律的解释
教学方法：
自学辅导法
教学用具：
实物投影仪，自制投影片，水波槽，长木板和厚玻璃板各一块
教学过程：
（一）引入新课
［放录像］一位演员在山中唱山歌，歌声缭绕不断。
［提出问题］为什么会产生上述现象？
［学生讨论分析］上述录像中：演员发出的声波传到山崖时，会返回来继续传播，使我们听到回声，这属于声波的反射现象。
那么：水波在传播过程中遇到障碍物时，能不能产生反射现象呢？
［做演示实验，并通过实物投影仪投影］
在水波槽的装置中，把一根金属丝固定在振动片上。
a．让振动片开始振动，金属丝将周期性地触动水面，形成波源。
观察到的现象：在水面上从波源发出一列圆形水波。
b．在水槽中放一块长木板，让波源发出圆形波，观察水波遇到长木板后发生的现象。
观察到的现象：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。
教师：波的反射现象中遵循哪些规律呢？这节课我们就来学习有关的内容。
（二）新课教学
1、波面和波线
教师：引导学生阅读教材有关内容，思考问题：
（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为例，如何
理解波面和波线？
学生：阅读教材，思考问题。
［投影］出示圆形波的照片。
介绍什么是波面和波线：
（1）照片中的圆形是朝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、惠更斯原理
教师：引导学生阅读教材有关内容，思考问题：
（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，思考问题。
3、波的反射
教师：引导学生阅读教材有关内容，体会用惠更斯原理对波的反射过程的解释。
学生：阅读教材。
教师：用多媒体出示右图。
结合图形讲解、总
结：
（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）在波的反射中，遵循下述规律：
①反射角等于入射角
②反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同。
［解释现象］
（1）夏日的雷声轰鸣不绝
（2）在空房子里讲话，声音较响
（3）讲演时听到声音发出后还能持续一段时间
现象一：夏日的雷声有时轰鸣不绝，原因是声波在云层里多次反射形成的。
现象二：在空房间里讲话，会感到声音更响，是因为声波在普通房间里遇到墙壁、地面、天花板等障碍物发生反射时，由于很近，回声和原声几乎同时到达人耳，而人耳只能区分开相差0.1 s以上的两个声音。
所以在房间里听不到回声，只会感到声音比在野外大些。
现象三：讲演厅内听到声音发出后还能持续一段时间，是由于声波在室内传播时，要被墙壁、天花板、地板等障碍物反射，每反射一次都要被障碍物吸收一些，这样，当声源停止发声后，声波在室内要经过多次反射和吸收，最后才消失，我们就会感觉到声源停止发声后，还会持续一段时间。
4、波的折射
教师：刚才我们研究了波的反射现象，波的反射过程中反射波和入射波在同一种介质中，那么如果波由一种介质进入另一种介质时，会发生什么现象呢？
学生会结合初中学过的光的折射现象总结猜想：发生折射现象。
教师：下边我们以水波为例，来研究波的折射现象。
［演示实验］
在实物投影仪上进行演示：
（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。
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。
［学生阅读课文，解答下列思考题］
（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？
［教师总结］
（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）折射波的波线方向与法线之间的夹角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1θ和折射角2θ之间有下述关系
2
121sin sin v v =θθ
其中v 1和v 2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2
1v v 是一个只与两种介质有关而与入射角无关的常数，叫做第2种介质相对第
1种介质的折射率。
用12n 表示，则
12n 2
1v v = 如果第2种介质中的波速小于第1种介质中的波速，波在进入第2种介质后，传播方向将向法线靠拢。
这与实验得到的波的折射定律一致。
在水波的折射演示实验中，水波到达浅水区后，传播方向向法线靠拢，说明水波的传播速度与水深有关，水越浅，传播速度越小。
（三）课堂小结
本节课我们主要学习了一个原理、二种现象、五个概念、二条规律
一个原理：惠更斯原理
二种现象：波的反射和波的折射
五个概念：波面、波线、入射角、反射角、折射角
二条规律：波的反射规律
（1）入射波的波线、反射波的波线和界面法线在同一平面内，反射角等于入射角。
（2）反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同。
波的折射规律：
（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，这个比值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：
2121sin sin v v =θθ。
（四）布置作业。