惠更斯原理波的反射与折射

1、高中物理选修3-4第二章第四节新高2012级导学案4惠更斯原理波的反射与折射一、学习目标1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二、预习与梳理（一）惠更斯原理 1.波面、波前和波线 波面：从波源发出的波经过同一传播 而达到的各点所组成的面波面各质点的 相同波前：最前面的波面波线：从波源沿着波的 画出的带箭头的线2.平面波、球面波 平面波：波面是 的波球面波：波面是 的波 特别提醒 波线与波面垂直，具体情况如图所示3.惠更斯原理

2、：波在传播过程中所到达的每一点都可看做新的 ，从这些点发出 形状的子波，其后任一时刻这些子波波前的包络面就是新的 用惠更斯原理解释波的传播在t时间内，子波传播的距离为rvt，而子波形成的新的波前相对于原波面传播的距离svt，表示波向前传播了vt的距离，如图所示（二）波的反射 1.定义：波在传播的过程中，遇到两种介质的 时返回到原来的介质继续传播的现象叫波的反射 2.入射角与反射角 入射角：入射波线与法线的夹角，如图右中的.反射角：反射波线与法线的夹角，如图右中的. 3.反射定律：当波传播到两种介质的交界处发生反射时，入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分别位于法线两侧，而且反射角等

3、于入射角；反射波的波长、频率和波速都与入射波相同（三）波的折射1.定义：波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波传播的方向发生偏折的现象叫做波的折射 2.折射定律(如图所示) 波在介质中发生折射时，入射线、法线、折射线(即折射波线)在同一平面内，入射线与折射线分别位于法线两侧，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比等于波在第一种介质中的传播速度跟波在第二种介质中的传播速度之比对给定的两种介质，该比值为常数3.结论：(1)当v1v2时，ir，折射线折向法线(2)当v1v2时，ir，折射线折离法线(3)当垂直界面入射(i0°)时，r0°，传播方向不改变，属折射中的特例三、名师

4、解疑（一）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

5、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 特别提醒:人耳只能区分开相差0.1 s以上的两个声音（二）波在反射、折射现象中的波长、频率和波速波现象 比较项 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特别提醒 (1)频率f由波源决定，故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率，即波源的振动频率相同 (2)波速v由介质决定，故反射波与入射波在同一介质中传播，波速不变；折射波与入射波在不同介质中传播，波速变化 (3)据vf知，波长与v及f有关，即与介质及波源有关，反射波与入射波在同一介质中，频率相同，故波长相同折射波与入射波在

6、不同介质中传播，f相同，v不同，故不同四、典型例题精讲例1：某测量员是这样利用回声测距离的：他站在两平行峭壁间某一位置鸣枪，经过1.00 s第一次听到回声，又经过0.50 s再次听到回声，已知声波为340 m/s，则两峭壁间的距离为_m.借题发挥(1)声波碰到障碍物时要发生反射，反射回来的声波传入耳朵里就是回声，人能区分原声与回声的时间间隔至少在0.1 s以上 (2)一般情况下，反射过程中认为传播速度不发生改变，和解决匀速运动的方法是一致的 (3)在应用波的反射定律的时候，我们通常先画出波反射的几何图形，这样对解题能起到直观和清晰的作用，能更好地解题变式1：甲、乙两人平行站在一堵墙前面，二人相

7、距2a m，距墙均为a m，当甲开了一枪后，乙在t s后听到第一声枪响，则乙在什么时候才听到第二声枪响()A听不到 B甲开枪后3t sC甲开枪后2t s D甲开枪后s例2：如图所示是声波从介质进入介质的折射情况，由图判断下面说法正确的是()A若1>2，则声波在介质中的传播速度大于声波在介质中的传播速度B若1>2，则介质可能是空气，介质可能是水C若1>2，则介质可能是钢铁，介质可能是空气D在介质中的传播速度v1与在介质中的传播速度v2满足借题发挥根据折射定律可以找出在某种介质中的速度和角度的关系【变式2】 如图所示，是一列机械波从一种介质进入另一种介质发生的现象，已知波在介质1

8、中的波速为v1，波在介质2中的波速为v2，则v1v2为多少？五、随堂练习1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 ()A34 m B17 m C100 m D170 m2如图所示，一机械波由介质射入介质，在界面MN上发生偏折下列说法正确的是()A波在介质中传播的速度大B波在介质中传播的速度大C波在介质中和介质中传播的速度之比为D波在介质中和介质中传播的速度之比为3如图所示是一列机械波从一种介质进入另一种介质中发生的现象已知波在介质中的速度为v1，波在介质中的波速为v2.则v1v2为 ()A1 B.1C. D.4.如图所示，利用超声波可以探测鱼

9、群的位置，在一只装有超声波发射和接受装置的渔船上，当它向选定的方向发射出频率为5.8×104Hz的超声波后，经过0.64 s收到从鱼群反射回来的反射波，已知频率为5.8×104Hz的超声波在水中的波长为2.5 cm.则这群鱼跟渔船的距离为_m.六、课后作业班级 小组 姓名 A卷1下列说法中正确的是()A水波是球面波 B声波是球面波C只有横波才能形成球面波D只有纵波才能形成球面波2声波从声源发出，在空中向外传播的过程中()A波速在逐渐变小 B频率在逐渐变小C振幅在逐渐变小 D波长在逐渐变小3下列现象中属于声波反射现象的是()A隔着墙能听到房间外面有人讲话B音响设备制作时要考虑

10、混合效应C夏日的雷声有时轰鸣不绝D在水里的人能听到岸上的声音4夏天听到雷声隆隆不绝，是由于 ()A声波在云层多次反射造成的B声波透进云层发生折射造成的C云层之间发生多次放电造成的D以上说法都不对5一列声波从空气传入水中，已知水中声速较大，则 ()A声波频率不变，波长变小B声波频率不变，波长变大C声波频率变小，波长变大D声波频率变大，波长不变6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7一列波由固体传入液体时，下列说法中正确的是 ()A

11、入射波的波长大于折射波的波长B入射波的波速大于折射波的波速C入射波的频率大于折射波的频率D入射波的入射角大于折射波的折射角8如图所示中分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则()A2与1的波长、频率相等，波速不等B2与1的波速、频率相等，波长不等C3与1的波速、频率、波长均相等D3与1的频率相等，波速、波长均不等9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多远？(v声340 m/s)10一列声波在空气中的波长为34 cm，传播速度为340 m/s，这列声波传入另一介质时，波长变为68 cm，它在这种介质中的传播速度是多少？

12、该声波在空气中与介质中的频率各是多少？11天空有近似等高的浓云层为了测量云层的高度，在水平地面上与观测者的距离为d3.0 km处进行一次爆炸，观测者听到由空气直接传来的爆炸声和由云层反射来的爆炸声时间上相差t6.0 s试估算云层下表面的高度(已知空气中的声速v km/s.) 12一列波以60°入射角入射到两种介质的交界面，反射波刚好与折射波垂直若入射波的波长为0.6 m，那么折射波的波长为多少？反射波的波长为多少？B卷13如图所示，一列平面波朝着两种介质的界面传播，A1A2是它在介质中的一个波面，C1和C2位于两种介质的界面上，B1B2是这列平面波进入介质后的一个波面；A1C1和A2

13、C2是它的两条波线，入射角为1，折射角为2，波在、介质中的传播速度分别为v1和v2.(1)试根据惠更斯原理证明： ；(2)若已知153°(sin 53°0.8)，A1A2的长度为0.6 m，介质和介质中的波速之比为v1v243，则：A1C1B1与A2C2B2的长度相差多少？典型例题参考答案例1.解析假设两峭壁间的距离为s，测量员离某一峭壁距离为s1，离另一峭壁距离为s2，则ss1s2，第一次听到回声t11.00 s，第二次听到回声t21.5 s，由此可得2s1vt1,2s2vt2，解上式得：s425 m. 答案425变式1：解析如图所示，第一声枪响是从甲直接传到乙，所需时间

14、t 第二声枪响是声波经墙反射后传到乙，根据波的反射定律，反射后声波所走路程x24a m所需时间t由的t2t，故C项正确 答案C例2：解析根据折射定律：，故D错，而A正确；若1>2，则v1>v2，若是空气，不可能是水，因为声波在空气中的传播速度比在水中小，故B错，而C正确答案AC变式2：解析因为i60°，r45°，由折射定律可知： .答案随堂练习参考答案1. B解析声波在空气中传播的速度约为340 m/s，因此2xvt，x17 m，B正确2. BD解析由波的折射定律可知v1v2，且，故B、D正确3. C解析根据折射定律.可得，所以选项C正确4. 解析鱼跟渔船的距离

15、为s，根据波的反射t又波速公式vf 由两式得：s464 m课后作业参考答案1. B解析该题考查了波面，根据球面波的定义可知：若波面是球面则为球面波，与横波、纵波无关，由此可知B正确由于水波不能在空间中传播，所以它不是球面波，A不正确2. C解析根据惠更斯原理知，声波从声源发出后，在空中向外传播的过程中，形成了以波源为中心的波面，波面上的每个点都是子波的波源，然后又形成子波波面形成包络面，即为新波面但声源提供的能量一定，在形成新的波面后，总能量不变，但新波面单位面积内获得的能量减少，故在波的传播过程中振幅逐渐减少，故应选C.3. BC解析反射现象是波在同一种介质中的传播，因此B、C正确波在不同种

16、介质中传播是折射现象，D不正确A是在另一种介质的另一面不是反射现象4. A解析雷声隆隆不绝，我们好像听到了多个雷声，实际是一次声音在云层中多次反射，传到人耳中有时间间隔造成的5. B解析由于波的频率由波源决定，因此波无论在空气中还是在水中频率都不变，C、D错误；又因波在水中速度较大，由公式vf可得，波在水中的波长变大，故A错误、B正确6. BC解析波发生反射时，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7. ABD解析固体波速大于液体波速，而波的频率并未变化，所以选项A、B正确，C错误；由折射定律可知，选项D正确8. D解析反射

17、波的波长、频率、波速与入射波都相等，故A错误、B错误；折射波的波长、波速与入射波的都不等，但频率相等，故C错误、D正确9.解析若汽车静止问题就简单了，现汽车运动，声音传播，如下图所示为汽车与声波的运动过程示意图设汽车由A到C路程为x1，C点到山崖B距离为x；声波由A到B再反射到C路程为x2，因汽车与声波运动时间同为t，则有x2x12x即v声tv汽t2x所以x m325 m. 答案325 m10. .解析在空气中vf，f1 000 Hz.由于波由一种介质进入另一种介质时，f不变，则在介质中时，vf，v1 000×68×102 m/s680 m/s.答案680 m/s1 000 Hz1 000 Hz11解析由题意画出其平面图如图所示设云层下表面的高度为h，则由云层反射来的爆炸声传播距离为s2 ，声音反射传来的时间为t1，声音直接传来的时间为t2.则t1t2t，将数据代入以上各式得：h2.0 km. 答案2.0 km12.解析如图所示，设折射角为，由图可知，60°90°，则30°，故折射率n，而.解得20.2 m0.35 m.由于反