6 惠更斯原理

12.6惠更斯原理

[探新知·基础练]

1．波面和波线

(1)波面：从波源出发的波，经过同一时间到达的各点所组成的面，如图所示。

(2)波线：用来表示波的传播方向的线，波线与各个波面总是垂直的。

说明：波面是球面的波为球面波，如空气中的声波。波面是平面的波为平面波。

2．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)包络面：某时刻与子波波面相切的曲面。

(3)应用：如果知道某时刻一列波的某个波面的位置，还知道波速，利用惠更斯原理可以得到下一时刻波面的位置，从而可确定波的前进方向。

[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)

1．用惠更斯原理可以解释波的传播方向问题。(√)

2．用惠更斯原理可以解释光的反射和折射现象。(√)

3．用惠更斯原理不可以解释波的衍射现象。(×)

[释疑难·对点练]

1．对惠更斯原理的理解

(1)惠更斯原理中，同一波面上的各点都可以看做子波的波源。波源的频率与子波波源的频率相等。

(2)波线的指向表示波的传播方向。

(3)在各向同性的均匀介质中，波线恒与波面垂直。

(4)球面波的波线是沿半径方向的直线，平面波的波线是垂直于波面的平行直线。

(5)利用惠更斯原理可以解释平面波和球面波的传播、波的衍射、干涉和折射现象，但无法说明衍射现象与狭缝或障碍物的大小关系。

2．惠更斯原理的应用

(1)应用惠更斯原理解释波的衍射：

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如图甲所示，平面波到达挡板上的狭缝AB，按照惠更斯原理，波面上的每一点都可以看做子波的波源，位于狭缝的点也就是子波源。因此波可以到达挡板后的位置。这就是波的衍射现象。

(2)应用惠更斯原理解释波的反射：

惠更斯原理对波的反射的解释，如图乙中a、c、b是入射波的波线，a′、c′、b′是反射波的波线。过a的入射点A作与波线垂直的波面AB，在波面AB上找三点A、C、B作为子波BB′源，设波速为v，取时间间隔Δt＝；作Δt时间后子波源A、C发出的子波波面如图中小v 圆弧所示；画出子波波面的包络面A′B′，根据波线与波面的方位关系画出反射波线a′、c′、b′，代表了反射波的波线。

(3)应用惠更斯原理解释波的折射现象：

当波由一种介质进入另一种介质时发生偏折的现象叫做波的折射。用惠更斯原理解释如

下：1由介质a首先于时刻t如图丙所示，一束平面波中的波线也到bt，波线a进入介质2后，又经过时间Δ到达界面。波线两点发出的子波的波面如图中两小段圆弧所C′A达界面。这时、之后的新的波面。由于是两种不同的介，这是波进入介质2A′B′示，它们的包络面为图中的前进的距离b这段时间内，两条波线a和、质，其中波的传播速度vv不一定相同，在Δt21也不一定相同。因此波进入第二种介质后传播方向常常发生偏折。这是波的折射′和BBAA′现象。]

[试身手．声源发出的声波在空气中向外传播过程中，振幅将逐渐减小，如何用惠更斯原理解3 释？在空中向外传播的过程中，形成了以根据惠更斯原理可知，声波从声源发出后，解析：形成包络面，即面上的每个点都是子波的波源，然后又形成子波波面，波源为中心的波面。但每个新波面获得的在形成新的波面后，总能量不变，为新波面。但声源提供的能量一定，能量减少，故在波的传播过程中振幅逐渐减小。答案：见解析

解释波的反射与折射- 2 -

1．波的反射：反射波的波长、波速、频率跟入射波的相同。

2．波的折射：在波的折射中，波的频率不变，波速和波长发生改变。

3．波在两种介质的界面上发生折射的原因是波在不同的介质中的传播速度不同。

[典例](多选)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，波的频率、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，波在同一种介质中传播，频率、波长和波速均不变，选项A错误，选项B正确；波发生折射时，是从一种介质传播到另一种介质，波速发生变化，波的频率由波

源决定，所以波的频率不变，由公式v＝λf可知，波长发生变化，选项D错误，选项C正确。

[课堂对点巩固]

(多选)下列说法中正确的是()

A．根据惠更斯原理可知，介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源

B．惠更斯原理只能解释球面波的传播，不能解释平面波的传播

C．若知道某时刻一列波的某个波面的位置，由惠更斯原理就可以确定波的传播方向

D．惠更斯原理不但可以解释波的直线传播，还可以解释波的反射与折射等相关现象

解析：选AD惠更斯原理将介质中任一波面上的各点看做发射子波的波源，可以解释波传播中

的包括反射、折射在内的传播规律，故选项A、D正确；惠更斯原理可以解释球面波和平面波的传播，B错误；若知道某一时刻一列波的某个波面的位置，还必须知道波速，再利用惠更斯原理得到下一时刻这个波面的位置，才能确定波的传播方向，C错误。

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[课时跟踪检测]

单项选择题

1．对于波面和波线的说法中正确的是()

A．波面一定是球面(形状)

B．波线一定是平行直线

C．波线有的与波面垂直，有的与波面平行

D．不同波面上的各点振动周期相同

解析：选D波面可以是球面(形状)，也可以是平面(形状)，A错；波线可以是平行直线，如平面波波线，也可以不是平行直线，如球面波波线，B错；波线总是与波面垂直，C错；不同波面上的各点振动周期相同，都等于波源的周期，D对。

2.如图所示，1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则()

A．2与1的波长、频率相等，波速不等

1的波速、频率相等，波长不等．2与B 的波速、频率、波长均相等1．3与C 的频率相等，波速、波长均不等3与1D．中传播，故反射波的波长、频率、波速与入射波都应a、2都在介质解析：选D波1是在两种不同介质中传播，故折射波的波长、波速与入射31、该相等，故A、B错误；波D错误，正确。波都不等，但频率相等，故C．小明和小刚每天上学途中都要经过一座铁桥。学习了波的知识之后，小明和小刚想3另一人在铁桥的另一端听传到了一个测量桥长的方法，一人在铁桥的一端用锤子敲击一下，声波在空气中传播速度来的声音，结果发现经空气和铁桥，声音传到另一端的时间差为2 s()

，则铁桥长大约为( 4 900 m/s)v＝340 m/s，在钢铁中的传播速度为19 800 m ．B680 m A．．无法计算D730.7 m C．

，由题意可知l解析：选C设铁桥长为ll，解得＝－2 s l C。故正确。≈730.7 m

4900 m/s340 m/s

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