2019-2020学年高中物理 第2章 机械波 第2节 波的反射和折射学案 鲁科版选修3-4

第2节波的反射和折射1.知道什么是波面、波线知道它们之间的关系2.了解惠更斯原理，知道用惠更斯原理描述波的方法(重点)3掌握波的反射定律，能进行较简单的应用(重点难点)4.知道什么是波的折射，理解波的折射定律(重点难点)一、惠更斯原理1波面和波线(1)波面：从波源发出的波，经过同一传播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2波的分类(1)球面波：波面是球形的波如空气中的声波(2)平面波：波面是平面的波如水波3惠更斯原理(1)内容：介质中波阵面上的每一个点，都可以看成一个新的波源，这些新波源发出子波，经过一定时间后，这些子波的包络面就构成下一时刻的波面(2)包络面：某时刻与所有子波波面相切的曲面(1)波面一定与波线垂直()(2)波面一定是平面()(3)波的传播方向与波面平行()(4)用惠更斯原理能够解释波的衍射现象与障碍物大小的关系()提示：(1)(2)(3)(4)二、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，如图所示2反射规律反射波的波长、频率和波速都与入射波相同反射定律：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法线两侧，反射角等于入射角1人们听不清对方说话时，除了让一只耳朵转向对方，还习惯性地把同侧的手附在耳旁，这样做是利用声波的什么特点提高耳朵的接收能力？提示：在耳廓原有形状、面积的基础上增加一个手的面积是为了增加波的反射来提高耳朵的接收能力三、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传播方向发生偏折的现象，如图所示 .2折射定律(1)内容：入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第种介质中的波速与波在第种介质中的波速之比(2)公式：2波由一种介质进入另一种介质而发生折射时，其频率、波速与波长发生变化吗？提示：频率由波源的振动频率决定，所以频率不变波速由介质的性质决定，所以波速发生变化，由vf知，波长也发生变化对惠更斯原理的理解与应用 1球面波和平面波的比较球面波平面波区别波面形状球面平面形成点波源在均匀介质中向各个方向发出的波面波源在均匀介质中向波源面两侧发出的波波面与波源关系波面以点波源为球心波面与波源平行联系球面波传至距波源很远处时，在空间的某一小区域内的球形波面可看成平面波2.利用惠更斯原理解释波的传播如图甲所示，以o为球心的球面波在t时刻的波面为，按照惠更斯原理，面上每个点都是子波的波源设各个方向的波速都是v，在t时间之后各子波的波面如图中虚线所示，虚线圆的半径是vt，是这些子波波面的包络面，它就是原来球面波的波面在时间t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vt，表示波向前传播了vt的距离与此类似，可以用惠更斯原理说明平面波的传播，如图乙所示(多选)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一定不同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解题探究(1)同一波面上各点到波源的距离是否相等？这些点的振动情况有什么特点？(2)平面波和球面波有什么区别？解析按照惠更斯原理：波面是由振动情况完全相同的点构成的面，而不同波面上质点的振动情况可能相同，如相位相差2整数倍的质点的振动情况相同，故a对，b错由波面和波线的概念，不难判定c、d对答案acd1.(多选)下列说法中错误的是()a只有平面波的波面才与波线垂直b只有球面波的波线与波面垂直c任何波的波线都表示波的传播方向d有些波的波面表示波的传播方向解析：选abd.不管是平面波，不是球面波，其波面与波线均垂直，选项a、b错误只有波线才表示波的传播方向，选项c正确，选项d错误波的反射现象的应用1回声测距(1)当声源不动时，声波遇到了障碍物会返回来继续传播，反射波与入射波在同一介质中传播速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下，用的时间相等，设经时间t听到回声，则声源距障碍物的距离为sv声.(2)当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时，声源发声时障碍物到声源的距离为s(v声v).(3)当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离声源时，声源发声时障碍物到声源的距离s(v声v).2超声波定位蝙蝠能发出超声波，超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来，蝙蝠就根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物位置，从而确定飞行方向另外海豚、雷达也是利用波的反射来定位和测速的(1)反射波与入射波在同一种介质中的传播速度相同(2)人耳能将原声和回声区分开的最小时间间隔为0.1 s.(3)雷达是利用波的反射来定位和测速的某物体发出的声音在空气中的波长为1 m，波速340 m/s，在海水中的波长为4.5 m.(1)该波的频率为_hz，在海水中的波速为_m/s.(2)若物体在海面上发出的声音经0.5 s听到回声，则海水深为多少？(3)若物体以5 m/s的速度由海面向海底运动，则经过多长时间听到回声？思路点拨解答本题时应注意在同一介质中，声波与其反射波的传播速度相同解析(1)由f得：f hz340 hz.因波的频率不变，则在海水中的波速为v海海f4.5340 m/s1 530 m/s.(2)入射声波和反射声波用时相同，则海水深为sv海1 530 m382.5 m.(3)物体与声音运动的过程示意图如图所示设听到回声的时间为t，则v物tv海t2s.代入数据解得t0.498 s.答案(1)3401 530(2)382.5 m(3)0.498 s对折射定律的理解1.表达式：2理解(1)折射的原因：波在两种介质中的传播速度不同(2)由于波在一种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，与入射角、折射角无关的常数，叫做第二种介质相对第一种介质的折射率，所以n21.(3)当v1v2时，ir，折射光线靠近法线；当v1v2时，ir，则声波在介质中的传播速度小于声波在介质中的传播速度b若ir，则可能是空气，可能是水c若ir，则可能是钢铁，可能是空气d在介质中的传播速度v1与在介质中的传播速度v2满足解析：选c.根据折射规律，知a、d项均错若ir，则v1v2，若是空气，则不可能是水，因为声波在空气中的传播速度比在水中的小，b错，c对. 典型问题波的反射和折射中各物理量的变化波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射和折射现象，一些物理量相应发生了变化，比较如下：波现象比较项目波的反射波的折射传播方向改变反入改变折入频率f不变不变波速v不变改变波长不变改变如图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则()a