波的折射反射

1、第2节波的反射和折射一、惠更斯原理一、惠更斯原理1.1.几个概念几个概念: :(1)(1)波面波面: :从波源发出的波从波源发出的波, ,经过同一经过同一_到达的各点所组成的面到达的各点所组成的面, ,如图所示。如图所示。传播时间传播时间(2)(2)球面波球面波: :波面是波面是_的波的波, ,如空气中的声波。如空气中的声波。(3)(3)平面波平面波: :波面是波面是_的波的波, ,如水波。如水波。(4)(4)波线波线: :用来表示波的用来表示波的_的线。的线。(5)(5)包络面包络面: :某时刻与所有子波波面某时刻与所有子波波面_的曲面。的曲面。球面球面平面平面传播方向传播方向相切相切2.2

2、.惠更斯原理惠更斯原理: :(1)(1)内容内容: :惠更斯原理惠更斯原理: :介质中波阵面上的每一个点介质中波阵面上的每一个点, ,都可以看成一都可以看成一个个_,_,这些新波源发出子波这些新波源发出子波, ,经过一定时间后经过一定时间后, ,这些子波的这些子波的_就构成下一时刻的波面。就构成下一时刻的波面。(2)(2)应用应用: :可以解释可以解释_。新的波源新的波源包络面包络面波的传播波的传播【判一判【判一判】(1)(1)波面一定是面。波面一定是面。( () )(2)(2)波线与各个波面总是垂直的。波线与各个波面总是垂直的。( () )(3)(3)利用惠更斯原理可以解释球面波和平面波波面

3、的形成。利用惠更斯原理可以解释球面波和平面波波面的形成。( () )提示提示: :(1)(1)。波面不一定是面。波面不一定是面, ,如水波如水波, ,它只能在水面传播它只能在水面传播, ,水的波面水的波面可以是以波源为圆心的一簇圆。可以是以波源为圆心的一簇圆。(2)(2)。不管是球面波还是平面波。不管是球面波还是平面波, ,其波线与波面均垂直。其波线与波面均垂直。(3)(3)。根据惠更斯原理。根据惠更斯原理, ,不管是球面波还是平面波不管是球面波还是平面波, ,新的波面就是与新的波面就是与子波波面相切的包络面。子波波面相切的包络面。二、波的反射和折射二、波的反射和折射1.1.波的反射波的反射:

4、 :(1)(1)反射现象反射现象: :波遇到障碍物时会波遇到障碍物时会_继续传播的现象。继续传播的现象。(2)(2)反射定律反射定律: :反射波线、入射波线和反射波线、入射波线和_在同一平面内在同一平面内; ;反射波线反射波线和入射波线分别位于和入射波线分别位于_的两侧的两侧; ;反射角等于反射角等于_。返回来返回来法线法线法线法线入射角入射角2.2.波的折射波的折射: :(1)(1)折射现象折射现象: :波在传播过程中波在传播过程中, ,由一种介质进入另一种介质时由一种介质进入另一种介质时, ,_发生偏折的现象。发生偏折的现象。(2)(2)折射定律折射定律: ,: ,式中式中v v1 1和和

5、v v2 2分别是分别是_和和_中的波速。中的波速。传播方向传播方向sini_sinr12vv波在介质波在介质介质介质【判一判【判一判】(1)(1)波遇到两种介质界面时波遇到两种介质界面时, ,总存在反射现象。总存在反射现象。( () )(2)(2)反射波的波长、频率和波速都跟入射波相同。反射波的波长、频率和波速都跟入射波相同。( () )(3)(3)波发生折射时波的频率发生变化。波发生折射时波的频率发生变化。( () )提示提示: :(1)(1)。波遇到两种介质界面时。波遇到两种介质界面时, ,总有一部分波被返回仍然在原总有一部分波被返回仍然在原来的介质中传播而形成反射现象。来的介质中传播而

6、形成反射现象。(2)(2)。反射波和入射波在同一介质中传播。反射波和入射波在同一介质中传播, ,介质决定波速介质决定波速, ,因此波速因此波速不变不变, ,波的频率由波源决定波的频率由波源决定, ,因此频率也不变因此频率也不变, ,根据公式根据公式= = 可知波长可知波长也不变。也不变。(3)(3)。波的频率由波源决定。波的频率由波源决定, ,因此波的频率不变。因此波的频率不变。vf一、波的反射现象的应用一、波的反射现象的应用思考探究思考探究: :蝙蝠的视觉很不发达蝙蝠的视觉很不发达, ,而它却可以在夜间准确而敏捷地捕捉飞虫和躲而它却可以在夜间准确而敏捷地捕捉飞虫和躲避障碍物避障碍物, ,能做

7、圆形转弯、急刹车和快速变换飞行速度等多种能做圆形转弯、急刹车和快速变换飞行速度等多种“特技特技飞行飞行”。请问。请问: :(1)(1)蝙蝠在夜间飞行是靠什么器官来导航的蝙蝠在夜间飞行是靠什么器官来导航的? ?(2)(2)蝙蝠利用了声波的什么现象蝙蝠利用了声波的什么现象? ?提示提示: :(1)(1)不是靠眼睛看的不是靠眼睛看的, ,而是耳朵和发音器官来进行导航的。而是耳朵和发音器官来进行导航的。(2)(2)反射现象。反射现象。【归纳总结【归纳总结】1.1.回声测距回声测距: :(1)(1)当声源不动时当声源不动时, ,声波遇到了障碍物会返回来继续传播声波遇到了障碍物会返回来继续传播, ,反射波

8、和反射波和入射波在同一介质中传播速度相同入射波在同一介质中传播速度相同, ,因此因此, ,入射波和反射波在传播距入射波和反射波在传播距离一样的情况下用的时间相等离一样的情况下用的时间相等, ,设经过时间设经过时间t t听到回声听到回声, ,则声源距障则声源距障碍物的距离为碍物的距离为s=vs=v声声 。(2)(2)当声源以速度当声源以速度v v向静止的障碍物运动或障碍物以速度向静止的障碍物运动或障碍物以速度v v向静止的向静止的声源运动时声源运动时, ,声源发声时障碍物到声源的距离为声源发声时障碍物到声源的距离为s=(vs=(v声声+v) +v) 。t2t2(3)(3)当声源以速度当声源以速度

9、v v远离静止的障碍物或障碍物以速度远离静止的障碍物或障碍物以速度v v远离静止的远离静止的声源时声源时, ,声源发声时障碍物到声源的距离为声源发声时障碍物到声源的距离为s=(vs=(v声声-v) -v) 。t22.2.超声波定位超声波定位: :蝙蝠能发出超声波蝙蝠能发出超声波, ,超声波遇到障碍物或捕食目标时会超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来被反射回来, ,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的位置食物的位置, ,从而确定飞行方向。另外海豚、雷达也是利用波的反射从而确定飞行方向。另外海豚、雷达也是利用波的反射来定位和测速

10、的。来定位和测速的。【特别提醒【特别提醒】(1)(1)波的反射现象中反射波和入射波是在同一种介质中的传播现象波的反射现象中反射波和入射波是在同一种介质中的传播现象, ,波波的传播速度不变。的传播速度不变。(2)(2)利用回声测距时首先要明确声源和障碍物的运动情况利用回声测距时首先要明确声源和障碍物的运动情况, ,再选择不同再选择不同的公式进行计算。的公式进行计算。【典例示范【典例示范】医用医用B B超仪发出的超声波频率为超仪发出的超声波频率为7.257.2510104 4Hz,Hz,这种超声这种超声波在人体内传播的波长为波在人体内传播的波长为2cm,2cm,在给某患者的肝脏病变部分进行检测时在

11、给某患者的肝脏病变部分进行检测时( (如图如图),),从探头发出的同一超声脉冲波经病变部分反射回到探头有两从探头发出的同一超声脉冲波经病变部分反射回到探头有两个信号个信号, ,相隔时间为相隔时间为tt=32s,=32s,试计算患者病变部分的厚度。试计算患者病变部分的厚度。【解题探究【解题探究】(1)(1)怎样计算超声波在人体内的速度怎样计算超声波在人体内的速度? ?提示提示: :v=v=f f。(2)(2)怎样计算患者病变部分的厚度怎样计算患者病变部分的厚度? ?提示提示: :h= h= 。v t2【正确解答【正确解答】超声脉冲波在进到病变区的前后界面上会发生两次反射超声脉冲波在进到病变区的前

12、后界面上会发生两次反射, ,忽略波速在肝脏中的速度变化忽略波速在肝脏中的速度变化, ,则有则有v=fv=f=2=21010-2-27.257.2510104 4m/s=1450m/s;m/s=1450m/s;病变区厚度病变区厚度: :h= =2.32cmh= =2.32cm。答案答案: :2.32cm2.32cm6v t1 450 32 10m22【过关训练【过关训练】1.1.下列叙述不属于波的反射现象的是下列叙述不属于波的反射现象的是( () )A.A.潜水艇利用声呐探测周围物体的分布情况潜水艇利用声呐探测周围物体的分布情况B.B.隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质隐形飞机怪异的外形及表

13、面涂特殊隐形物质C.C.夏日的雷声轰鸣不绝夏日的雷声轰鸣不绝D.D.墙里说话墙外听墙里说话墙外听【解析【解析】选选D D。潜水艇利用波的反射原理使用声呐探测周围物体的分。潜水艇利用波的反射原理使用声呐探测周围物体的分布情况布情况,A,A属于属于; ;隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质是为了减隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质是为了减少波的反射少波的反射, ,从而达到隐形的目的从而达到隐形的目的,B,B属于属于; ;夏日的雷声轰鸣不绝是由于夏日的雷声轰鸣不绝是由于云层不断地反射声音造成的云层不断地反射声音造成的,C,C属于属于; ;墙里说话墙外听属于波的衍射现墙里说话墙外听属于波的衍射现

14、象象, ,不属于波的反射现象不属于波的反射现象, ,故选故选D D。2.(20152.(2015武汉高二检测武汉高二检测) )人耳只能区分相差人耳只能区分相差0.1s0.1s以上的两个声音以上的两个声音, ,人人要听到自己讲话的回声要听到自己讲话的回声, ,人离障碍物的距离至少要大于人离障碍物的距离至少要大于( (已知声音在空已知声音在空气中的传播速度为气中的传播速度为340 m/s340 m/s) )( () )A.34 mA.34 mB.17 mB.17 mC.100 mC.100 mD.170 mD.170 m【解析【解析】选选B B。从人讲话到声音传到人耳的时间取。从人讲话到声音传到人

15、耳的时间取0.1s0.1s时时, ,人与障碍人与障碍物间的距离最小。单程考虑物间的距离最小。单程考虑, ,声音从人传到障碍物或从障碍物传到人声音从人传到障碍物或从障碍物传到人耳时耳时t= =0.05 s,t= =0.05 s,故人离障碍物的最小距离故人离障碍物的最小距离x=vtx=vt=340=3400.05 m0.05 m=17 m,=17 m,故故B B正确。正确。0.1 s2【补偿训练【补偿训练】1.1.人在室内讲话的声音比在室外空旷处讲话声音要洪亮人在室内讲话的声音比在室外空旷处讲话声音要洪亮, ,是因是因为为( () )A.A.室内空气不流动室内空气不流动B.B.室内声音多次反射室内

16、声音多次反射C.C.室内声音发生折射室内声音发生折射D.D.室内物体会吸收声音室内物体会吸收声音【解析【解析】选选B B。人在室内说话。人在室内说话, ,声波会被室内物体、墙壁反射声波会被室内物体、墙壁反射, ,甚至反甚至反射多次射多次, ,与原声混在一起与原声混在一起, ,使原声得到加强而显得声音洪亮。使原声得到加强而显得声音洪亮。2.2.某物体发出的声音在空气中的波长为某物体发出的声音在空气中的波长为1 m,1 m,波速为波速为340 m/s340 m/s, ,在海水中在海水中的波长为的波长为4.5 m,4.5 m,在海面上发出的声音经在海面上发出的声音经0.4 s0.4 s听到回声听到回

17、声, ,则海水的深度则海水的深度为多少为多少? ?【解析【解析】声音在空气中与在水中频率相同，由声音在空气中与在水中频率相同，由所以所以v v水水= = 340 m/s=1 530 m/s340 m/s=1 530 m/s，故故s=vs=v水水 =1 530=1 530 =306 m =306 m答案答案: :306 m306 mvvvf 水空空水得，4.5v1水空空t20.4m2【规律方法【规律方法】求解回声测距问题的技巧求解回声测距问题的技巧(1)(1)求解反射波的波速是解题的基础。求解反射波的波速是解题的基础。若波在同一种均质介质传播过程中反射若波在同一种均质介质传播过程中反射, ,则反

18、射波的波速与入射波相同。则反射波的波速与入射波相同。若波由一种介质进入另一种介质中时若波由一种介质进入另一种介质中时, ,则根据波由一种介质进入另一种介则根据波由一种介质进入另一种介质时频率不变质时频率不变, ,由由v=fv=f求得波在另一种介质中的速度。求得波在另一种介质中的速度。(2)(2)正确画出声波及物体运动过程的几何关系图是解题的突破口。正确画出声波及物体运动过程的几何关系图是解题的突破口。(3)(3)由由s=vts=vt求得声波及物体运动的距离并列出几何关系方程是解题的关键。求得声波及物体运动的距离并列出几何关系方程是解题的关键。二、波的折射现象二、波的折射现象思考探究思考探究:

19、:如图波从一种介质进入另一种介质。如图波从一种介质进入另一种介质。(1)(1)波从一种介质传播到另一种介质时波从一种介质传播到另一种介质时, ,什么物理量没有发生变化什么物理量没有发生变化? ?(2)(2)哪些物理量发生了变化哪些物理量发生了变化? ?提示提示: :(1)(1)波的频率不变。波的频率不变。(2)(2)波的传播方向、波速、波长均发生了变化。波的传播方向、波速、波长均发生了变化。【归纳总结【归纳总结】1.1.波的反射、折射现象中各量的变化波的反射、折射现象中各量的变化: :波向前传播波向前传播, ,在两种介质的界面上同时发生了反射现象和折射现象在两种介质的界面上同时发生了反射现象和

20、折射现象, ,一一些物理量相应地发生变化些物理量相应地发生变化, ,比较如下比较如下: :波现象波现象比较项比较项波的反射波的反射波的折射波的折射传播方向传播方向改变改变反反=入入改变改变折折入入频率频率f f不变不变不变不变波速波速v v不变不变改变改变波长波长不变不变改变改变2.2.折射定律的理解折射定律的理解: :(1)(1)表达式表达式: :(2)(2)理解理解: :折射的原因折射的原因: :波在两种介质中的传播速度不同。波在两种介质中的传播速度不同。由于波在一种介质中的波速是一定的由于波在一种介质中的波速是一定的, ,所以所以 是一个只与两种介是一个只与两种介质的性质有关质的性质有关

21、, ,与入射角、折射角均无关的常数与入射角、折射角均无关的常数, ,叫作第二种介质相叫作第二种介质相对第一种介质的折射率对第一种介质的折射率, ,所以所以n n2121= = 。当当v v1 1vv2 2时时,ir,ir,折射波的波线靠近法线折射波的波线靠近法线; ;当当v v1 1vv2 2时时,ir,ivv2 2时，时，irir，即折射角折向法，即折射角折向法线，折射角小于入射角；当线，折射角小于入射角；当v v1 1vv2 2时，时，irir，即折射角折离法线，折，即折射角折离法线，折射角大于入射角；射角大于入射角；答案答案: :增大增大12vsinisinrv1sinisin3032s

22、inrsin60332。332.2.一列平面波一列平面波, ,以以3030的入射角投射到两种介质的交界面的入射角投射到两种介质的交界面, ,发生折射发生折射, ,折射角为折射角为4545, ,若入射波的波长为若入射波的波长为10cm,10cm,则折射波的波长是多少则折射波的波长是多少? ?【解析【解析】根据折射定律根据折射定律 又因为又因为v=f,fv=f,f1 1=f=f2 2, ,有有 所以所以2 214.14cm14.14cm。答案答案: :14.14cm14.14cm12vsinisinv，1 112 222fsin3010sin45f【补偿训练【补偿训练】1.(20151.(2015

23、荆州高二检测荆州高二检测) )声波从铁中进入空气中声波从铁中进入空气中, ,波长减为原来的波长减为原来的 , ,若声波在空气中的传播速度大小为若声波在空气中的传播速度大小为332m/s,332m/s,则声波在铁中传播速则声波在铁中传播速度大小为度大小为( () )A.332 m/sA.332 m/sB.3B.310108 8m/sm/sC.22.9 m/sC.22.9 m/s D.4 814 m/s D.4 814 m/s229【解析【解析】选选D D。声音在铁中与在空气中频率相同，。声音在铁中与在空气中频率相同，由由f=f=所以所以v v铁铁= = 332 m/s=4 814 m/s332

24、m/s=4 814 m/s。vvv铁空铁空得，29v2铁空空2.2.如图所示如图所示, ,某列波以某列波以6060的入射角由甲介质射到乙介质的界面上同的入射角由甲介质射到乙介质的界面上同时发生反射和折射时发生反射和折射, ,若反射波的波线与折射波的波线的夹角为若反射波的波线与折射波的波线的夹角为9090, ,此此波在乙介质中的波速为波在乙介质中的波速为1.21.210105 5km/s,km/s,则则(1)(1)该波的折射角为该波的折射角为。(2)(2)该波在甲介质中的传播速度为多少该波在甲介质中的传播速度为多少? ?(3)(3)该波在两种介质中的波长比为多少该波在两种介质中的波长比为多少?

25、?【解析【解析】(1)(1)由反射定律可得反射角为由反射定律可得反射角为6060，由题图的几何关系可得，由题图的几何关系可得折射角为折射角为r=30r=30。(2)(2)由波的折射定律由波的折射定律 1.21.210105 5 km/s=2.08 km/s=2.0810105 5 km/s km/s。(3)(3)因波长因波长= = ，又因为波在两种介质中的频率相同，则，又因为波在两种介质中的频率相同，则答案答案: :(1)30(1)30 (2)2.08 (2)2.0810105 5 km/s (3) km/s (3)vsinisinisin60vvvvsinrsinrsin30甲甲乙乙乙，所以

26、3212vf55v2.08 10 km/s26v1.2 10 km/s15甲甲乙乙。2615【规律方法【规律方法】处理波的折射问题的三点技巧处理波的折射问题的三点技巧(1)(1)弄清折射现象发生的条件：当波从一种介质斜射入另一种介质弄清折射现象发生的条件：当波从一种介质斜射入另一种介质时，波才发生折射现象。时，波才发生折射现象。( (当波垂直入射时不发生折射现象当波垂直入射时不发生折射现象) )(2)(2)抓住入射波与折射波的区别与联系：波的频率相同、波速不同、抓住入射波与折射波的区别与联系：波的频率相同、波速不同、波长不同。波长不同。(3)(3)计算时，注意公式计算时，注意公式“ ”“ ”中角度与速度的对应；另外，中角度与速度的对应；另外，可结合可结合v=fv=f及频率不变的特点，将公式转化为波长与角度的关系及频率不变的