1、-1-第2节 波的反射和折射-2-第2节 波的反射和折射 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 情境导入课程目标声呐是一种声音导航和测距系统,用于鱼群探测、水文测量、水下通信、导航、定位失事沉没的船舶等方面,它利用了什么原理呢?1.知道波面及波线的概念,理解球面波与平面波的概念。2.掌握波的反射、折射及其遵循的规律。3.了解惠更斯原理的内容,能用惠更斯原理简单解释波的反射和折射所遵循的规律。-3-第2节 波的反射和折射 JICHU ZHISHI基础知识 首 页 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SU
2、ITANG LIANXI随堂练习 一 二 惠更斯原理1.相关概念(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。-4-第2节 波的反射和折射 JICHU ZHISHI基础知识 首 页 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 一 二(2)球面波:波面是球面的波,如空气中的声波。(3)平面波:波面是平面的波,如水波。(4)波线:用来表示波的传播方向的线。(5)波线与波面的关系:波线与各个波面总是垂直的。2.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
3、就构成下一时刻的波面。(2)应用:如果知道某时刻一列波的某个波面的位置,还知道波速,利用惠更斯原理可以得到下一时刻这个波面的位置,从而可确定波的前进方向。-5-第2节 波的反射和折射 JICHU ZHISHI基础知识 首 页 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 一 二 波的反射和折射1.波的反射(1)反射现象: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。(3)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。-6-第2节 波的反射和折射
4、JICHU ZHISHI基础知识 首 页 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 一 二 2.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。-7-第2节 波的反射和折射 JICHU ZHISHI基础知识 首 页 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 一 二(2)折射规律:折射波的频率与入射波的频率相同。波速和波长都发生了变化。(3)折射定律:ir=v1v2,式中 v1 和 v2 分别是波在介质和波在介质中的波速。-8-第2节 波的反射和折射 JICHU
5、ZHISHI基础知识 首 页 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 一 二 思考在空房间里讲话,为什么声音较响?提示:声波在空房间里遇到墙壁、地面、天花板等会发生反射现象,由于距离近,反射声波和原声几乎同时到达人耳(人耳只能区分间隔 0.1 s以上的声音),所以,人感觉声音特别响。而在普通房间里,家具、衣物等会吸收声波,使反射波减弱,所以人在空房间里讲话会感觉比在普通房间里讲话响。-9-第2节 波的反射和折射 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 波
6、的反射现象 问题导引 蝙蝠的视觉很不发达,那它是靠什么捕捉食物的呢?提示:蝙蝠能发出超声波,当超声波碰到障碍物或捕食目标时,超声波被反射回来,蝙蝠根据接收到反射回来的超声波来确定飞行方向。海豚以及雷达等也是利用波的反射来确定远处小鱼或目标的位置。-10-第2节 波的反射和折射 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 名师精讲 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
7、 t 听到回声,则声源距障碍物的距离为s=v 声 t2。(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)t2。(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,声源发声时障碍物到声源的距离 s=(v 声-v)t2。-11-第2节 波的反射和折射 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 2.利用惠更斯原理解释反射定律用惠更斯原理不但可以说明为什么波在两种介质的界面会发生反射,而且可以得到反射角与
8、入射角的关系。如图所示,一列平面波到达两种介质的界面,AB 是这列波的一个波面。由于入射波的传播方向与界面并不垂直,a、c、b 三条波线并不同时到达界面,它们到达界面时产生子波的时间也就有先有后,子波传播的距离也就有远有近。当波面上的 B 点刚刚到达界面时,三个子波波面的包络面为图中的 AB,这是反射后新的波面,a、c、b三条波线代表了反射后波的传播方向。-12-第2节 波的反射和折射 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 在直角三角形 ABB 与直角三角形 BAA中,AB是公共边;波从 B
9、传播到 B所用的时间与子波从 A 传播到 A所用的时间是一样的,而波在同种介质中的波速不变,所以 BB=AA。因此直角三角形 ABB直角三角形 BAA所以AAB=BBA从图中看出,入射角 i 和反射角 i分别为BBA 和AAB的余角,所以i=i。也就是说,在波的反射中,反射角等于入射角。-13-第2节 波的反射和折射 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 警示(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
10、定位和测速的。-14-第2节 波的反射和折射 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二【例题 1】某物体发出的声音在空气中的波长为 1 m,波速为 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?点拨:同一列波在不同介质中波速不同,在同一介质中波速相同。-15-第2节 波的反射和折射 ZHONGDIAN
11、 NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 解析:(1)由 f=v得:f=3401Hz=340 Hz。因波的频率不变,则在海水中的波速为 v 海=f=4.5340 m/s=1 530 m/s。(2)入射声波和反射声波用时相同,则海水深为s=v 海t2=1 5300.52m=382.5 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t+v 海t=2s。代入数据解得 t=0.498 s。答案:(1)340 1 530(2)382.5 m(3)0.498 s-16-第2节 波的反射和折射 Z
12、HONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 反思(1)同一列波在不同介质中频率保持不变,但是波速在不同介质中是不同的;(2)入射波和反射波在传播相同距离的情况下,用的时间相等。-17-第2节 波的反射和折射 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 波的折射现象 问题导引 波斜射两种介质的分界面时,传播方向会不会发生改变?提示:波的传播方向发生改变,发生折射现象。-18-第2节 波的反射和折射 ZHONG
13、DIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 名师精讲 1.折射定律的理解(1)表达式:ir=v1v2。-19-第2节 波的反射和折射 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二(2)理解:折射的原因: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,所以v1v2是一个只与两种介质的性质有关,与入射角、折射角均无关的常数,叫做第二种介质相对第一种介质的折射率,所以 n21=v1v2。当 v1v2 时,i
14、r,折射波的波线靠近法线;当 v1v2 时,ir,折射波的波线远离法线。-20-第2节 波的反射和折射 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 2.利用惠更斯原理解释折射定律如图所示,一束平面波中的波线 a 首先于时刻 t 由介质 1 到达界面。波线 a 进入介质 2 后,又经过时间 t,波线 b 也到达界面。由于是两种不同的介质,其中波的传播速度 v1、v2 不一定相同,在 t 这段时间内,两条波线 a 和b 前进的距离 AA和 BB也不相同。当波线 b 到达界面时,新的波面在 AB的位置。-
15、21-第2节 波的反射和折射 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 由于BAB=1,所以 AB=BB1,又ABA=2,则 AA=ABsin 2=BB1sin2,即12=BBAA=v1tv2t=v1v2,所以12=v1v2。-22-第2节 波的反射和折射 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 警示(1)入射角为零时,折射角也为零,即波仍沿原来的方向传播,但波长和波速会发生相应变化。(2)波在反射
16、或折射后,频率不变,听到的回声与原声相同,在水上和水下听到声音的音调相同。(3)在应用公式ir=v1v2计算时,i(r)为介质 1(2)中波线与法线的夹角,v1(v2)是波在介质 1(2)中的传播速度,一定要注意比值中角度与速度的对应性。-23-第2节 波的反射和折射 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二【例题 2】如图所示,某列波以 60的入射角由甲介质射到乙介质的界面上同时产生反射和折射,若反射波的波线与折射波的波线的夹角为 90,此波在乙介质中的波速为 1.2105 km/s。(1)该波
17、的折射角为多少?(2)该波在甲介质中的传播速度为多少?(3)该波在两种介质中的波长比为多少?点拨:反射定律反射角折射角折射定律v=vf-24-第2节 波的反射和折射 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 解析:(1)由反射定律可得反射角为 60,由题图的几何关系可得折射角为 r=30。(2)由波的折射规律v甲v乙=ir,所以 v 甲=irv 乙=6030v 乙=32121.2105km/s=2.08105 km/s。(3)因波长=vf,又因为波在两种介质中的频率相同,则甲乙=v甲v乙=2.08
18、1051.2105=2615。答案:(1)30(2)2.08105 km/s(3)2615-25-第2节 波的反射和折射 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 反思(1)折射角应为折射波的波线与法线的夹角,而不是波线与介质界面的夹角。(2)在两介质中要注意波的频率不变,而波速发生了变化,从而波长也发生了变化。-26-第2节 波的反射和折射 SUITANG LIANXI随堂练习 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 1 2 3 4 51.下列说法中
19、不正确的是()A.只有平面波的波面才与波线垂直B.任何波的波线与波面都相互垂直C.任何波的波线表示波的传播方向D.有些波的波面表示波的传播方向解析:不管是平面波,还是球面波,其波面与波线均垂直,选项 A 错误,选项 B正确;只有波线才表示波的传播方向,选项 C 正确,选项 D 错误。答案:AD-27-第2节 波的反射和折射 SUITANG LIANXI随堂练习 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 1 2 3 4 52.一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
20、.声波频率变大,波长不变解析: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;又因波在水中速度较大,由公式 v=f 可得,波在水中的波长变大,故 A 错,B 正确。答案:B-28-第2节 波的反射和折射 SUITANG LIANXI随堂练习 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 1 2 3 4 53.如图中 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、
21、波长均不等解析:反射波的波长、频率、波速与入射波的都应该相等,故 A、B 错;折射波的波长、波速与入射波的都不等,但频率相等,故 C 错,D 正确。答案:D-29-第2节 波的反射和折射 SUITANG LIANXI随堂练习 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 1 2 3 4 54.人面对着墙壁拍手,0.6 s 后听到对面墙壁反射回来的回声,求人与墙壁之间的距离。解析:回声现象是声波反射产生的,由于反射时波速不变,故在人与墙壁之间入射波传播的时间 t1 与反射波传播的时间 t2 相等,即 t1=t2=0.62s=0.3 s。声波在空气中传播速度 v=340 m/s,故人与墙壁之间的距离 d=vt=102 m。答案:102 m-30-第2节 波的反射和折射 SUITANG LIANXI随堂练习 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 1 2 3 4 55.一列平面波,以 30的入射角投射到两种介质的交界面,发生折射,折射角为 45,若入射波的波长为 10 cm,那么折射波的波长是多少?解析:根据折射定律:ir=v1v2,又因为 v=f,f1=f2有:3045=1122=12=102,所以 214.14 cm。答案:14.14 cm