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多普勒效应、惠更斯原理
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多普勒效应、惠更斯原理
【学****目标】
1．知道波面、波线的概念及其关系，理解惠更斯原理．
2．知道波传播到两种介质交界面时，会发生反射和折射．
3．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．
4．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．
5．知道波源的频率与观察者接收到的频率的区别．
6．知道什么是多普勒效应，知道它是在波源与观察者之间有相对运动时产生的现象．
7．了解多普勒效应的一些应用．
【要点梳理】
要点一、惠更斯原理
1．波阵面和波线
波阵面：由振动状态相同的点组成的平面或曲面叫波阵面或波面．
波线：与波面垂直的那些线代表了波的传播方向，叫波线．
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2．球面波和平面波
球面波：波阵面是以波源为球心的一个个球面，波线是这些球面的半径，这种波为球面波．平面波：波阵面是平面的波为平面波．
3．惠更斯原理
介质中任一波面上的各点，都可以看作发射子波的波源，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．
4．波的反射
当波遇到障碍物时，会返回到原来的介质中继续传播，这种现象叫波的反射．
入射角：入射波的波线与法线的夹角，如图中的．
反射角：反射波的波线与法线的夹角，如图中的．
反射定律：
（1）入射波的波线、法线、反射波的波线在同一平面内，且反射角等于入射角．
（2）反射波的波长、频率、波速都跟入射波的相同．
5．波的折射
（1）波传播到两种不同的可传播波的介质界面时，会有一部分进入第二种介质中，但波线会发生变化，这种现象叫波的折射．
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（2）折射角：折射波的波线与法线间的夹角，如图中的．
（3）折射定律：
①内容：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速度与波在第二种介质中的速度之比．
②公式：．
式中和分别为波在介质和介质中的入射角和折射角，和，分别为波在介质1和介质中的波速．
（4）折射率：
由于一定介质中的波速是一定的，所以是一个只与两种介质的性质有关而与入射角度无关的常数，叫做第二种介质对第一种介质的折射率，以表示：．
当，即时，折射波的波线偏向法线．
当，即时，折射波的波线偏离法线．
6．入射波、反射波、折射波的波速、波长、频率的关系
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反射波的波长、频率、波速都与入射波相同．
折射波的频率与入射波的频率相同，波速、波长都不相同．
要点二、多普勒效应
1．多普勒效应
由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象叫做多普勒效应．多普勒效应是波独有的特征．
声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，称为一个完全波．频率表示单位时间内完成的全振动的次数，因此波源的频率又等于单位时间内波源发出的完全波的个数．
观察者听到的声音的音调，是由观察者接收到的频率，即单位时间内接收到的完全波的个数．
2．多普勒效应的解释
为简单起见，我们只讨论波源和观察者在二者的连接线上运动的情形．
（1）波源与观察者相对于介质均静止的情况．
观察者所接收到的频率与波源的振动频率相同．
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（2）波源静止而观察者运动的情况．
若观察者朝波源运动，由于观察者迎着波传来的方向运动，使得观察者在单位时间内接收到的完全波的个数大于波源发出的完全波的个数，即观察者接收的频率高于波源频率。
若观察者背离波源即顺着波的传播方向运动，观察者的接收频率低于波源频率．
（3）观察者静止而波源运动的情况．
当波源向观察者运动时，波源在前进过程中，不断地发射出波，而已经发射出的波仍以波速前进，而后继波的波源地点（球面的中心）向前移动，所以波源前面的波面被挤紧，因此波面间隔减小了；波源后面的波面稀疏了，因此，波面间隔增大了，如图所示．
波在介质中的传播速度并没有改变，观察者在波源右方时，即波源接近观察者时，观察者在单位时间内接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大，
同样道理，观察者在波源左方时，即波源远离观察者时，接收到的频率减小，
3．多普勒效应中接收到的频率的计算公式
（1）波源相对介质静止，观察者以速度
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相对于介质运动．
“+”表示观察者走向波源， “－”表示观察者离开波源．
（2）波源以速度vs相对于介质运动，观察者相对于介质静止．
“+”表示波源离开观察者， “－”表示波源向观察者运动．
（3）波源与观察者同时相对于介质运动．
相向运动：；
反向运动：．
4．