2023-2024学年鲁科版选择性必修第一册 第3章 第2节　波的反射和折射 学案

第2节波的反射和折射核心素养目标1.知道波面和波线的概念，理解球面波和平面波的概念。2．知道波的反射现象，掌握波的反射定律及其应用。3．知道波的折射现象，掌握波的折射规律及其应用。知识点一波的反射1．波面和波线(1)波面：从波源发出的波经过相同传播时间到达的各点所组成的面。(2)波的分类①球面波：波面是球面的波。②平面波：波面是平面的波。(3)波线：用来表示波的传播方向的线称为波线，波线与各个波面总是垂直的。2．波的反射(1)定义：物理学中，波从一种介质传播到另一种介质表面时，返回原来介质传播的现象。(2)反射定律：反射波的波线、入射波的波线和法线在同一平面内，反射波的波线和入射波的波线分别位于法线的两侧，反射角等于入射角。知识点二波的折射1．波的折射：物理学中，我们把波在传播过程中，由一种介质进入另一种介质时传播方向发生偏折的现象，称为波的折射。2．波的折射规律(1)入射角：入射波的波线与法线的夹角，用i表示。(2)折射角：折射波的波线与法线的夹角，用r表示。(3)波的折射规律：eq\f(sini,sinr)＝eq\f(v1,v2)，式中v1和v2分别是波在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的波速(如图所示)。观察下述四幅图片的情景，判断下列正误。(1)我们对着山谷大喊时会听到“连绵不断”的回声是波的折射现象。(×)(2)对着家中的鱼缸大喊时会看见鱼缸中的鱼儿受到“惊吓”是波的反射现象。(×)(3)用手附在耳旁以增大人耳听到的声音利用了波的反射现象。(√)(4)夏天雷雨天气时听到“隆隆不断”的雷声是声波的反射现象。(√)要点一波的反射现象的理解及应用(1)空房间说话比普通房间声音响，对着峭壁大喊一声能听到回声，这些属于什么现象？(2)观察如下图片，反映了什么规律？提示：(1)都属于波的反射现象；(2)反映了波的反射遵循反射定律：反射线、法线与入射线在同一平面内，反射线与入射线分居法线两侧，反射角等于入射角。对波的反射的理解1．波遇到两种介质的界面时总会发生反射。2．反射线、法线与入射线在同一平面内，反射线与入射线分居法线两侧，反射角等于入射角。3．反射波的波长、频率、波速都与入射波的相同。【典例1】某物体发出的声音在空气中的波长为1m，波速为340m/s，在海水中的波长为4.5m。(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0.5s听到回声，则海水深为多少？(3)若物体以5m/s的速度由海面向海底运动，则经过多长时间听到回声？解析(1)由f＝eq\f(v,λ)得f＝eq\f(340,1)Hz＝340Hz。因波的频率不变，则在海水中的波速为v海＝λf＝4.5×340m/s＝1530m/s。(2)入射声波和反射声波用时相同，则海水深为s＝v海eq\f(t,2)＝1530×eq\f(0.5,2)m＝382.5m。(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t＋v海t＝2s。代入数据解得t＝0.498s。答案(1)3401530(2)382.5m(3)0.498s|规律方法|回声测距的三种情况(设声源从发出声音至接收到回声经过的时间为t)：(1)当声源、障碍物均不动时：声源与障碍物的距离为s＝v声eq\f(t,2)。(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：声源发声时声源与障碍物的距离为s＝(v声＋v)eq\f(t,2)。(3)当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离静止的声源时：声源发声时声源与障碍物的距离为s＝(v声－v)eq\f(t,2)。1．当一个探险者进入一个山谷后，为了估测出山谷的宽度，他吼一声，经过0.5s听到右边山坡反射回来的声音，又经过1.5s听到左边山坡反射回来的声音，若声速为340m/s，则这个山谷的宽度约为()A．170m B.340mC．425m D.680m解析：C由d＝v·eq\f(t1,2)＋v·eq\f(t1＋t2,2)可得，山谷的宽度约为d＝425m，故选项C正确。2．利用超声波可以探测鱼群的位置。在一只装有超声波发射和接收装置的渔船上，当它向选定的方向发射出频率为5.8×104Hz的超声波后，经过0.64s收到从鱼群反射回来的反射波，已知5.8×104Hz的超声波在水中的波长为2.5cm，则这群鱼跟渔船的距离为________m。解析：设渔船跟鱼的距离为s，根据波的反射有t＝eq\f(2s,v)①又有v＝λf②联立①②代入数据得s＝464m。答案：464要点二波的折射现象的理解波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，会发生折射现象，如图所示。(1)波的折射现象中的入射波线和折射波线及法线具有什么特点？(2)在波的折射现象中，波速、频率和波长如何变化？提示：(1)入射波线、法线、折射波线在同一平面内，入射波线与折射波线分居法线两侧。(2)波的折射现象中，频率不变，波速和波长发生改变。1．波的折射现象的理解(1)折射规律：eq\f(sini,sinr)＝eq\f(v1,v2)。(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eq\f(v1,v2)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。2．波的反射和折射的比较波向前传播，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：波的反射波的折射传播方向改变，反射角等于入射角改变，折射角不等于入射角频率f不变不变波速v不变改变波长λ不变改变【典例2】一列声波在介质Ⅰ中的波长为0.2m。当该声波从空气中以某一角度传入介质Ⅱ中时，波长变为0.6m，如图所示，若介质Ⅰ中的声速是340m/s。求：(1)该声波在介质Ⅱ中传播时的频率；(2)该声波在介质Ⅱ中传播的速度。解析(1)声波在介质Ⅰ中传播时，由v＝λf得f＝eq\f(v1,λ1)＝eq\f(340,0.2)Hz＝1700Hz，由于波从一种介质进入另一种介质中传播时，频率不变，所以声波在介质Ⅱ中传播时，频率仍为1700Hz。(2)由v＝λf得声波在介质Ⅱ中的传播速度为v2＝λ2f＝0.6×1700m/s＝1020m/s。答案(1)1700Hz(2)1020m/s1.图中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B．2与1的波速、频率相等，波长不等C．3与1的波速、频率、波长均相等D．3与1的频率相等，波速、波长均不等解析：D波1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，故A、B错误。波1、3是在两种不同介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由λ＝eq\f(v,f)得波长不同，故C错误，D正确。2.声波从介质Ⅰ进入介质Ⅱ的折射情况如图所示，由图判断下面的说法正确的是()A．若i>r，则声波在介质Ⅰ中的传播速度小于声波在介质Ⅱ中的传播速度B．若i>r，则Ⅰ可能是空气，Ⅱ可能是水C．若i>r，则Ⅰ可能是钢铁，Ⅱ可能是空气D．在介质Ⅰ中的传播速度v1与在介质