高中物理第2章机械波 4 惠更斯原理波的反射与折射学业分层测评教科版选修3-4

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高中物理第二章机械波第4节惠更斯原理波的反射与折射

12/12/2021
某物体发出的声音在空气中的波长为 1m，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？
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°.
3
(2) 由波的折射定律得
v甲Leabharlann ＝sin sini r
·
v
乙
＝
sin sin
60° 30°
·
v
乙＝
2 1
2
×1.2×105 km/s≈2.08×105 km/s.
答案：(1)30° (2)2.08×105 km/s
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在直角三角形 ABB′与直角三角形 B′A′A 中，AB′是公共边；波从 B 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 B′B＝AA′.因此直角三角形 ABB′≌直角三角形 B′A′A 所以∠A′AB′＝∠BB′A. 从图中看出，入射角 i 和反射角 i′分别为∠BB′A 和∠A′AB′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．
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2．利用惠更斯原理解释折射定律如图，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 Δt，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 Δt 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 A′B′的位置．由于∠BAB′＝θ1，所以 AB′＝sBinBθ′1，又∠A′ B′A＝θ2，则 AA′ ＝AB′sin θ2，即ssiinn θθ12＝BABA′′＝vv12ΔΔtt＝vv12，所以ssiinn θθ12＝vv12.

高中物理第二章机械波第4节惠更斯波的反射和折射课件教科版选修3-4

判天地之美，析万物之理
K12课件
1
问题
以上两幅图片反应了生活中的什么现象，机械波在传播时碰到不同介质时如何传播呢？
K12课件
2
4 惠更斯原理波的反射和折射
K12课件
3
活动一惠更斯原理问题1 什么叫波面和波线?
波线波面
K12课件
波线
4
问活题动2 一什么是惠更斯原理?
介质中任意波面上的各点都可看作发射子波的波源。其后任意时刻,这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面。
K12课件
18
小结
问题1 惠更斯原理内容是什么？问题2 波的反射原理是什么？问题3 波的折射原理是什么？
K12课件
19
K12课件
10Βιβλιοθήκη 活动三波的折射活动
在水槽中放入一块厚玻璃板，注意使它的一条边不与波传来方向垂直。然后加水，使水面高过玻璃板。接通电源产生水波，观察水波经过水深不同的区域时传播方向的变化。
K12课件
11
问题1 什么叫波的折射
波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生了改变的现象叫做波的折射
K12课件
荷兰物理学家惠更斯
5
活动二波的反射
K12课件
6
问题1 什么叫入射角、反射角？
法线
i i'
平面
K12课件
7
问题2 什么是波的反射？
问题3 波的反射遵循什么原理？
K12课件
8
波的反射
K12课件
9
问题
某人想听到自己发出的声音的回声，若已知声音在空气中的传播速度为340 m/s，那么它至少要离障碍物多远?

2024-2025学年高中物理第二章机械波4惠更斯原理波的反射与折射教案2教科版选修3-4

五、教学流程
一、导入新课（用时5分钟）
同学们，今天我们将要学习的是《波的反射与折射》这一章节。在开始之前，我想先问大家一个问题：“你们在日常生活中是否遇到过光线或声波反射和折射的情况？”（举例说明）这个问题与我们将要学习的内容密切相关。通过这个问题，我希望能够引起大家的兴趣和好奇心，让我们一同探索波的反射与折射的奥秘。
（2）一波从介质A传播到介质B，已知在介质A中的波速为v1，在介质B中的波速为v2，求波在介质B中的频率。
希望同学们通过课堂小结和当堂检测，巩固所学知识，提高自己的理解与应用能力。如有疑问，请随时提问。
八、内容逻辑关系
① 重点知识点：
1. 惠更斯原理：描述波的传播路径，理解每一个波源的概念。
2. 波的反射：反射波的计算方法，反射波与入射波的关系。
3.成果展示：每个小组将向全班展示他们的讨论成果和实验操作的结果。
四、学生小组讨论（用时10分钟）
1.讨论主题：学生将围绕“波的反射与折射在实际生活中的应用”这一主题展开讨论。他们将被鼓励提出自己的观点和想法，并与其他小组成员进行交流。
2.引导与启发：在讨论过程中，我将作为一个引导者，帮助学生发现问题、分析问题并解决问题。我会提出一些开放性的问题来启发他们的思考。
（3）实验操作技巧：进行波的反射与折射实验时，学生可能不熟悉实验仪器的使用和数据记录方法。
针对以上重点和难点，教师在教学过程中应注重对惠更斯原理的讲解，通过图示和实际例子帮助学生理解其物理意义。同时，加强对数学公式的推导过程的解释，引导学生理解和掌握计算方法。在实验环节，教师应演示实验操作，并指导学生进行实际操作，培养学生的实验技能和观察能力。
3.成果分享：每个小组将选择一名代表来分享他们的讨论成果。这些成果将被记录在黑板上或投影仪上，以便全班都能看到。

2018_2019版高中物理第2章机械波2.4惠更斯原理波的反射与折射学案沪科版选修3_4

2.4 惠更斯原理波的反射与折射[学习目标]1.知道什么是波面和波线.2.了解惠更斯原理，了解用惠更斯原理解释波的反射与折射现象.3.认识波的反射和折射现象，知道反射定律和折射定律．1．惠更斯原理：介质中波前上的各点，都可以看作是一个新的波源(子波源)，并发出子波；其后，这些子波的包络面就是新的波面．2．波的反射定律：当波传播到两种介质的分界面处发生反射，入射波的波线、法线、反射波的波线在同一平面内，入射波的波线与反射波的波线分别位于法线的两侧，而且反射角等于入射角．3．波在介质中发生折射时，入射波的波线、法线以及折射波的波线在同一平面内，入射波的波线与折射波的波线分别位于法线的两侧，入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第一种介质中的波速跟波在第二种介质中的波速之比，即sin i sin r ＝v 1v 2.一、惠更斯原理[导学探究] 把一颗石子投到平静的池塘里，会激起一圈圈起伏不平的水面波向周围传播，你知道向四面八方传播的波峰(波谷)为什么组成一个个的圆形吗？答案因为水波由波源向周围传开，由于向各个方向的波速都一样，所以向四面八方传播的波峰(波谷)组成一个个的圆形． [知识深化] 1．波面和波线(1)波面：波在介质中传播时，任一时刻介质振动步调相同的点的包络面叫做波面．最前面的波面又叫波前，波面是平面的波叫做平面波，波面是球面的波叫做球面波．(2)波线：垂直于波面并指向波传播方向的直线叫做波线，如图1所示为球面波的波面与波线示意图．图12．惠更斯原理(1)内容：介质中波前上的各点，都可以看作是一个新的波源(子波源)，并发出子波；其后，这些子波的包络面就是新的波面．这就是惠更斯原理．(2)作用：如果知道某时刻一列波的某个波面的位置，还知道波速，利用惠更斯原理就可以得到下一时刻这个波面的位置，从而确定波的传播方向．例1 下列说法中正确的是( )A ．根据惠更斯原理可知，介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源B ．惠更斯原理只能解释球面波的传播，不能解释平面波的传播C ．若知道某时刻一列波的某个波面的位置，由惠更斯原理可以确定波的传播方向D ．惠更斯原理不能解释波的直线传播，可以解释波的反射与折射等相关现象答案 A解析根据惠更斯原理，我们可以知道，介质中任意波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面，A 正确；惠更斯原理既可以解释球面波的传播，也可以解释平面波的传播，B 错误；仅知道某时刻一列波的某个波面的位置，无法确定波的传播方向，故C 错误；惠更斯原理能解释波的直线传播、反射与折射等相关现象，故D 错误．二、机械波的反射和折射 [导学探究]1．我们知道光有反射、折射现象，机械波是否也具有反射、折射现象呢？能举例说明机械波的反射现象吗？答案机械波也具有反射和折射现象，声波的反射现象比较常见．例如：对着山崖或高墙说话时，听到的回声；夏日的雷声轰鸣不绝，是声波在云层界面的多次反射． 2．请用惠更斯原理推导波的反射定律．答案如图所示，一列平面波射到两种介质的界面，由于入射波的传播方向与界面不垂直，a 、b 、c 三条波线不同时到达界面，过a 的入射点A 作波面AF ，在波面AF 上找三点A 、C 、B 作为子波源；设波速为v ，取时间间隔Δt ＝BB ′v；作Δt 时间后子波源A 、C 、B 发出的子波波面B ′F ′，根据波线与波面的方位关系画出反射波线．在直角三角形AB ′B 和直角三角形B ′AA ′中，AB ′是公共边，B ′B ＝A ′A ，因此两直角三角形全等，有：∠A ′AB ＝∠BB ′A所以有：i ′＝i ，即波的反射中，反射角等于入射角． [知识深化] 1．波的反射(1)反射现象：波遇到介质界面会返回来继续传播的现象． (2)入射角和反射角：①入射角：入射波的波线与界面法线的夹角，如图2中的α. ②反射角：反射波的波线与界面法线的夹角，如图2中的β. ③反射规律：反射角等于入射角，即α＝β.图22．波的折射 (1)折射现象波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向通常会发生改变的现象．如图3所示．图3(2)折射定律①内容：入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第一种介质中的波速跟波在第二种介质中的波速之比． ②公式：sin i sin r ＝v 1v 2.(3)相对折射率n 12＝v 1v 2. [延伸思考]波向前传播的过程中，在两个介质的界面同时发生了反射和折射现象，你知道反射波和折射波的频率f 、波速v 和波长λ各自是如何变化的？请完成下表.例2 图4中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则( )图4A ．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、波长均不等答案 D解析波1、2都在介质a 中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，A 、B 错；波1、3是在两种不同介质中传播，波速不等，但波源没变，因而频率相等，由λ＝vf得波长不等，故C 错，D 对．针对训练同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播，某时刻的波形曲线如图5所示，以下说法正确的是( )图5A ．声波在水中波长较大，b 是水中声波的波形曲线B ．声波在空气中波长较大，b 是空气中声波的波形曲线C ．水中质点振动频率较高，a 是水中声波的波形曲线D ．空气中质点振动频率较高，a 是空气中声波的波形曲线答案 A解析波源相同，声波在水和空气中频率相同，而在水中波速大，由v ＝λf 可知，水中波长大，故选A.三、波的反射现象的应用例3 某测量员利用回声测距，他站在两平行墙壁间某一位置鸣枪，经过1s 第一次听到回声，又经过0.5s 再次听到回声，已知空气中的声速为340m/s ，则两墙壁间的距离为多少？答案 425m解析设测量员离较近的墙壁的距离为x ，则他离较远的墙壁的距离为s －x ,2x ＝vt 1 2(s －x )＝v (t 1＋Δt )其中Δt ＝0.5 s ，t 1＝1 s ，代入数据得：s ＝425 m.1．惠更斯原理⎩⎪⎨⎪⎧波面与波线惠更斯原理2．波的反射与折射⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧波的反射⎩⎪⎨⎪⎧ 用惠更斯原理推导波的反射定律波的反射定律：反射角＝入射角波的折射⎩⎪⎨⎪⎧用惠更斯原理推导波的折射定律波的折射定律：sin i sin r ＝v 1v 2相对折射率：n 12＝v1v 21．(多选)下列说法中不正确的是( ) 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 ．任何波的波线都表示波的传播方向 D ．有些波的波面表示波的传播方向答案 AD解析任何波的波线都与波面相互垂直，波线表示波的传播方向，故B 、C 正确，A 、D 错误． 2．(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可能相同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答案 ACD3．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．波长在逐渐变小答案 C解析声波在空中向外传播时，不管是否遇到障碍物而引起反射，其波速只由空气介质决定．频率(由振源决定)和波长(λ＝v/f)均不变，所以A、B、D错；又因为机械波是传递能量的方式，能量在传播过程中会减小，故其振幅也就逐渐变小，C正确．4．(多选)下列关于波的认识，哪些是正确的( )A．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理B．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，从而达到隐形的目的C．雷达的工作原理是利用波的反射D．水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的反射现象答案ABC解析A、B、C选项中应用了波的反射现象；D选项应用了波的折射现象，深水区和浅水区视为不同介质，故波的传播方向发生改变，故D错误．一、选择题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答案 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，与是横波还是纵波无关，故C、D不正确，由此可知B正确．由于水波不能在空间中传播，所以它是平面波，A不正确．2．(多选)下列说法正确的是( )A．入射波面与法线的夹角为入射角B．入射波面与界面的夹角为入射角C．入射波线与法线的夹角为入射角D．入射角跟反射角相等答案 CD3．关于波的反射与折射，下列说法正确的是( ) A ．入射波的波长一定等于反射波的波长，其频率不变 B ．入射波的波长一定小于反射波的波长，其频率不变 C ．入射波的波长一定大于折射波的波长，其频率不变 D ．入射波的波长一定小于折射波的波长，其频率不变答案 A解析入射波与反射波在同种介质中波速相同，频率由波源决定，频率相同，由v ＝λf 知波长相同，选项A 正确，B 错误；因不知介质情况，入射波与折射波波长无法比较，选项C 、D 错误．4．如图1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Ⅰ中的波速为v 1，波在介质Ⅱ中的波速为v 2，则v 1∶v 2为( )图1A ．1∶ 2 B.2∶1 C.3∶ 2 D.2∶ 3答案 C解析由折射定律sin i sin r ＝v 1v 2，可知v 1v 2＝sin60°sin45°＝32，故C 选项正确．5．人耳只能区分相差0.1s 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( ) A ．34m B ．17m C ．100m D ．170m 答案 B解析声波在空气中传播的速度约为340m/s.因此2s ＝vt ，s ＝vt2＝17m ，B 正确．6．甲、乙两人平行站在一堵墙前面，两人相距2a m ，距墙均为3a 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 s C ．甲开枪后2t s D ．甲开枪后3＋72s 答案 C解析如图所示，第一声枪响是从甲直接传到乙，所用时间t ＝2av①第二声枪响是声波经墙反射后传到乙．根据波的反射定律，反射后声波所走最短路程s ′＝2a 2＋(3a )2m ＝4a m ，所需时间t ′＝s ′v ＝4a v② 由①②得：t ′＝2t ，故C 正确．二、非选择题7．如图2所示，图(a)是高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图．测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收的信号间的时间差，测出被测物体的速度．图(b)中P 1、P 2是测速仪发出的超声波信号，n 1、n 2分别是P 1、P 2由汽车反射回来的信号．设测速仪匀速扫描，P 1、P 2之间的时间间隔Δt ＝1.0s ，超声波在空气中传播速度是v ＝340m/s.若汽车是匀速行驶，则根据图(b)可知，汽车在接收到P 1、P 2两个信号之间的时间内前进的距离是________m ，汽车的速度是________m/s.图2答案 17 17.9解析设汽车在接收到P 1、P 2两个信号时距测速仪的距离分别为s 1、s 2，则有：2s 1－2s 2＝v Δt ′，其中Δt ′＝(3.5－0.5)－(4.4－1.7)3.5－0.5×1s ＝0.1s ．汽车在接收到P 1、P 2两个信号的时间间隔内前进的距离为：s 1－s 2＝v Δt ′2＝340×0.12m ＝17m.已知测速仪扫描，由题图(b)记录的数据可求出汽车前进(s 1－s 2)这段距离所用的时间为Δt ″＝Δt －Δt ′2＝⎝⎛⎭⎪⎫1.0－0.12s ＝0.95s ．汽车运动的速度v ＝s 1－s 2Δt ″＝170.95m/s ≈17.9m/s.8．一列声波在空气中的波长为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3所示，若空气中的声速是340m/s.求：图3(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；(3)若声波垂直进入介质Ⅱ，经0.4s 返回空气，则介质Ⅱ的深度为多少？答案 (1)1700Hz (2)1020m/s (3)204m 解析 (1)声波在空气中传播时，由v ＝λf 得：f ＝v 1λ1＝3400.2Hz ＝1700Hz. 由于声波在不同介质中传播时，频率不变，所以声波在介质Ⅱ中传播时，频率为1700Hz. (2)由v ＝λf 得声波在介质Ⅱ中的传播速度为v 2＝λ2f ＝0.6×1700m/s ＝1 020 m/s. (3)声波经t 2＝0.2s 传至介质Ⅱ底部，故介质Ⅱ的深度h ＝v 2·t2＝1020×0.2m ＝204m.9．渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位．已知某超声波频率为1.0×105Hz ，某时刻该超声波在水中传播的波的图像如图4所示．图4(1)从该时刻开始计时，画出x ＝7.5×10－3m 处质点做简谐运动的振动图像．(至少一个周期) (2)现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为4s ，求鱼群与渔船间的距离．(忽略渔船和鱼群的运动) 答案 (1)见解析 (2)3000m 解析 (1)如图所示．(2)由波形图读出波长λ＝15×10－3m ，由波速公式得v ＝λf ，①鱼群与渔船的距离为x ＝12vt ，②联立①②式，代入数据得x ＝3000m.。

高中物理第二章机械波 4 惠更斯原理波的反射与折射学案教科版选修34

4 惠更斯原理波的反射与折射[学习目标] 1.知道什么是波面和波线.2.了解惠更斯原理，会用惠更斯原理解释波的反射与折射现象.3.认识波的反射和折射现象，知道反射定律和折射定律.一、惠更斯原理1.内容：波在传播过程中所到达的每一点都可看做新的波源，从这些点发出球面形状的子波，其后任一时刻这些子波波前的包络面就是新的波前，这就是惠更斯原理.又叫惠更斯作图法.2.应用：根据惠更斯原理，由已知的某一时刻波前确定下一时刻波前，从而确定波的传播方向.二、波的反射与折射1.波的反射(1)定义：波在传播的过程中，遇到两种介质的分界面时返回到原介质继续传播的现象叫波的反射.(2)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，而且反射角等于入射角；反射波的波长、频率和波速都与入射波相同.2.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.v1 v2＝sin i sin r(3)结论①当v1＞v2时，i＞r，折射线偏向法线.②当v1＜v2时，i＜r，折射线偏离法线.③当垂直界面入射(i＝0)时，r＝0，传播方向不变，是折射中的特殊情况.[即学即用] 判断下列说法的正误.(1)在波的传播过程中，介质中所有参与振动的质点都可以看做是新的波源.( √)(2)同一波面上的各质点振动情况可能不相同.( ×)(3)波发生反射和折射时波的频率都不变，但波长、波速均发生变化.( ×)(4)波的折射和反射现象都可以用惠更斯原理解释.( √)一、惠更斯原理[导学探究] 把一颗石子投到平静的池塘里，会激起一圈圈起伏不平的水面波向周围传播，向四面八方传播的波峰(波谷)是否会组成一个个圆？与这些圆的切线垂直的线能否表示波的传播方向？答案因为水波由波源向四周传开，向各个方向的波速都一样，所以向四面八方传播的波峰(波谷)组成一个个圆.与这些圆的切线垂直的线能表示波的传播方向.[知识深化] 对惠更斯原理的理解(1)惠更斯原理中，同一波面上的各点都可以看做子波的波源.波源的频率与子波波源的频率相等.(2)在各向同性均匀介质中，波线恒与波面垂直.例1(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.同一波面上的各质点振动情况可能不相同C.球面波的波面是以波源为中心的一个个球面D.平面波的波线是垂直于波面的平行线答案ACD解析按照惠更斯原理：波面是由任意时刻振动情况完全相同的点构成的面，故A正确，B 错误；由波面和波线的概念，不难判定C、D正确.二、波在反射、折射现象中的波长、频率和波速[导学探究] 如图1所示，当波从介质Ⅰ传播到两介质的交界面时，返回介质Ⅰ的波和进入介质Ⅱ的波的频率变化吗？波长变化吗？图1答案返回介质Ⅰ时波的频率和波长均不变，进入介质Ⅱ的波的频率不变，波速变化，由v ＝λf 得，波长变化.[知识深化] 对波的反射和折射的理解(1)频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是不改变的.(2)波速是由介质决定的，波反射时是在同一介质中传播，因此波速不变，波折射时是在不同介质中传播，因此波速改变.(3)波长是由频率和波速共同决定的，即在波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据公式λ＝vf 可知波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由λ＝v f可知波长变大，反之变小.例2 如图2所示，1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则( )图2A.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、波长均不等答案 D解析反射波的波长、频率、波速与入射波的都相等，故A 、B 错误；折射波的波长、波速与入射波的均不等，但频率相等，故C 错误，D 正确.针对训练同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播，某时刻的波形曲线如图3所示.以下说法正确的是( )图3A.声波在水中波长较大，b 是水中声波的波形曲线B.声波在空气中波长较大，b 是空气中声波的波形曲线C.水中质点振动频率较高，a 是水中声波的波形曲线D.空气中质点振动频率较高，a 是空气中声波的波形曲线答案 A解析波的频率取决于波源的振动频率，与介质无关，故同一音叉发出的声波在水中与在空气中传播时频率相同.但机械波在介质中传播的速度只取决于介质性质，与波的频率无关，声波在水中传播的速度大于在空气中传播的速度.由v ＝λf 知，声波在水中的波长应较大，对应于题图中波形曲线b ，故只有A 正确. 三、波的反射现象的应用 1.回声测距(1)当声源不动时，声波遇到了静止的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，设经过时间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 远离声源时，声源发声时障碍物到声源的距离为s ＝|v 声－v |t2.2.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，蝙蝠就依据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或目标位置，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.例3 有一辆汽车以15m/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，司机听到回声时汽车距山崖多远？(v 声＝340 m/s) 答案 325m解析汽车运动，声音传播，如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x 1，C 点到山崖B 距离为x ；声波由A 到B 再反射到C 路程为x 2，因汽车与声波运动时间同为t ，则有x 2＝x 1＋2x ，即v 声t ＝v 汽t ＋2x ，所以x ＝(v 声－v 汽)t 2＝(340－15)×22m ＝325m.1.(对惠更斯原理的理解)(多选)下列关于惠更斯原理的说法正确的是( ) A.惠更斯原理能够解释波的反射现象 B.惠更斯原理能够解释波的折射现象C.介质中任何一个波面的各点，都可以看成发射子波的波源D.只有纵波才有波面答案 ABC2.(波的反射和折射)(多选)以下关于波的认识，哪些是正确的( ) A.潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理B.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，从而达到隐形的目的C.雷达的工作原理是利用波的反射D.水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的反射现象答案 ABC解析 A 、B 、C 选项中应用了波的反射现象；D 选项应用了波的折射现象，深水区域和浅水区域视为不同介质，故波的传播方向发生改变，故D 错误.3.(波的反射和折射)如图4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Ⅰ中的波速为v 1，波在介质Ⅱ中的波速为v 2，则v 1∶v 2为( )图4A.1∶ 2B.2∶1C.3∶ 2D.2∶ 3答案 C解析由折射定律v 1v 2＝sin i sin r ，可知v 1v 2＝sin60°sin45°＝32，故C 选项正确.4.(波的反射和折射)一列声波在空气中的波长为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5所示，若空气中的声速是340m/s.求：图5(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；(3)若声波垂直进入介质Ⅱ，经0.4s 返回空气，则介质Ⅱ的深度为多少？答案 (1)1700Hz (2)1020m/s (3)204m 解析 (1)声波在空气中传播时，由v ＝λf 得：f ＝v 1λ1＝3400.2Hz ＝1700Hz. 由于声波在不同介质中传播时，频率不变，所以声波在介质Ⅱ中传播时，频率为1700Hz. (2)由v ＝λf 得声波在介质Ⅱ中的传播速度为v 2＝λ2f ＝0.6×1700m/s ＝1 020 m/s. (3)声波经t 2＝0.2s 传至介质Ⅱ底部，故介质Ⅱ的深度h ＝v 2·t2＝1020×0.2m ＝204m.一、选择题考点一惠更斯原理1.(多选)下列说法正确的是( ) A.波线表示波的传播方向 B.波面表示波的传播方向 C.只有横波才有波面D.波传播中某时刻任一波面上各子波波面的包络面就是新的波面答案AD解析波线表示波的传播方向，故A正确，B错误；所有的波都具有波面，故C错误；由惠更斯原理可知，D正确.2.(多选)下列说法中正确的是( )A.根据惠更斯原理可知，介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源B.惠更斯原理只能解释球面波的传播，不能解释平面波的传播C.若知道某时刻一列波的某个波面的位置，由惠更斯原理就可以确定波的传播方向D.惠更斯原理不但可以解释波的直线传播，还可以解释波的反射与折射等相关现象答案AD解析惠更斯原理将介质中任一波面上的各点看做发射子波的波源，可以解释波传播中的包括反射、折射在内的传播规律，故A、D正确.考点二波的反射与折射3.人在室内讲话的声音比在空旷的室外讲话声音要洪亮，是因为( )A.室内空气不流动B.室内声音多次被反射C.室内声音发生折射D.室内物体会吸收声音答案 B解析人在室内说话，声波会被室内物体、墙壁反射，甚至反射多次，因而显得声音洪亮.4.关于波的反射与折射，下列说法正确的是( )A.入射波的波长一定等于反射波的波长，其频率不变B.入射波的波长一定小于反射波的波长，其频率不变C.入射波的波长一定大于折射波的波长，其频率不变D.入射波的波长一定小于折射波的波长，其频率不变答案 A解析入射波与反射波在同种介质中波速相同，频率由波源决定，频率相同，由v＝λf知波长相同，选项A正确，B错误；因不知介质情况，入射波与折射波波长无法比较，选项C、D错误.5.(多选)对于波的折射现象，下列说法中正确的是( )A.当入射速度小于折射速度时，折射光线偏离法线B.当波垂直界面入射时，传播方向不改变，波速和波长都不改变C.在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变D.波发生折射时一定不会发生反射现象答案 AC解析当入射速度小于折射速度时，折射光线偏离法线，A 对；当波垂直界面入射时，传播方向尽管不改变，但由于介质发生改变，波速和波长都发生改变，周期、频率不变，B 错，C 对；波发生折射时也可以在两种介质界面上发生反射现象，D 错. 6.(多选)一列波由固体传入液体时，下列说法中正确的是( ) A.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答案 ABD7.(多选)如图1所示，一机械波由介质Ⅰ射入介质Ⅱ，在界面MN 上发生偏折.下列说法正确的是()图1A.波在介质Ⅰ中传播的速度大B.波在介质Ⅱ中传播的速度大C.波在介质Ⅰ中和介质Ⅱ中传播的速度之比为 3D.波在介质Ⅱ中和介质Ⅰ中传播的速度之比为 3 答案 BD解析由波的折射定律v 1v 2＝sin i sin r 可知v 1＜v 2，且v 1v 2＝sin30°sin60°＝1232＝13，故B 、D 正确.8.人耳只能区分相差0.1s 以上的两个声音，人要能听到自己讲话的回声，离障碍物的距离至少要大于( ) A.34mB.17mC.100mD.170m 答案 B解析声波在空气中传播的速度约为340m/s ，因此2s ＝vt ，s ＝vt2＝17m ，B 正确.二、非选择题9.(波的反射和折射)某测量员利用回声测距，他站在两平行墙壁间某一位置鸣枪，经过1s 第一次听到回声，又经过0.5s 再次听到回声，已知空气中的声速为340m/s ，则两墙壁间的距离l ＝________m. 答案 425解析设测量员离较近的墙壁的距离为x ，则他离较远的墙壁的距离为l －x ，2x ＝vt 1 2(l －x )＝v (t 1＋Δt )其中Δt ＝0.5 s ，t 1＝1 s ，代入数据得：l ＝425 m.10.(波的反射和折射)一声波在空气中的波长为25cm ，速度为340m/s ，当折射进入另一种介质时，波长变为80cm ，求： (1)声波在这种介质中的频率； (2)声波在这种介质中的传播速度. 答案 (1)1360Hz (2)1088m/s解析 (1)声波由空气进入另一种介质时，频率不变，由v ＝λf ，得f ＝v λ＝34025×10－2Hz ＝1360Hz.(2)因频率不变，有v λ＝v ′λ′，得：v ′＝λ′λv ＝80×10－225×10－2×340m/s ＝1 088 m/s.11.(波的反射和折射)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.海面上发出的声音经0.4s 听到海底回声，则海水深为多少？答案 306m解析声音在空气中与在海水中的频率相同，则v 空λ空＝v 水λ水，所以v 水＝λ水λ空v 空＝4.51×340m/s ＝1 530 m/s.物体发出的声音经t2＝0.2s 传至海底，故海水的深度为s ＝v 水t2＝1530×0.2m＝306m.12.(波的反射和折射)渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位，已知某超声波的频率为1.0×105Hz ，某时刻该超声波在水中传播的波动图像如图2所示.图2(1)从该时刻开始计时，画出x ＝7.5×10－3m 处质点做简谐运动的振动图像(至少一个周期)； (2)现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用的时间为4s ，求鱼群与渔船间的距离(忽略船和鱼群的运动).答案 (1)见解析图 (2)3000m解析 (1)T ＝1f＝1.0×10－5s ，故所求图像如图所示.(2)由题图知波长λ＝15×10－3m ，由波速公式得v ＝λf① 鱼群与渔船的距离为x ＝12vt②联立①②式，代入数据得x ＝3000m.。

2019-2020学年高中物理第2章机械波 4 惠更斯原理波的反射与折射学案沪科版3-4

惠更斯原理波的反射与折射1.知道什么是波面和波线．2。

理解惠更斯原理．（重点、难点）3。

知道波传播到两种介质的交界面时,会同时产生反射和折射现象．4。

掌握波的反射定律和折射定律．(重点) 5。

会用惠更斯原理解释波的传播、反射和折射．（难点）一、惠更斯原理1．波面和波线（1)波面：波在介质中传播时，任一时刻介质振动步调相同的点的包络面叫波面．最前面的波面叫波前，波面是平面的波叫平面波，波面是球面的波叫球面波．（2）波线：垂直于波面并指向波传播方向的直线叫波线，如图所示为球面波的波面与波线示意图．2．惠更斯原理（1)内容：介质中波前上的各点，都可以看作是一个新的波源(子波源)，并发出子波；其后，这些子波的包络面就是新的波面．这就是惠更斯原理．（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，从而确定波的前进的方向．二、研究机械波的反射规律1．定义:波在传播过程中入射到两种介质的分界面上时,传播方向改变的规律,即波的反射和折射规律．2．反射定律：在波的反射中,入射角为入射波的波线与界面法线的夹角；反射角为反射波的波线与界面法线的夹角；反射角等于入射角；反射波的波长、频率和波速都与入射波相同．1．在波的反射现象中，反射波的波长、频率、波速与入射波的相比发生了怎样的变化？提示:无变化，即反射波的波长、频率、波速都与入射波的相等．三、研究机械波的折射规律1．折射定律：研究表明,波从第一种介质进入第二种介质时在分界面处会发生折射现象，入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的波速跟在第二种介质中的波速之比，即错误!＝错误!。

这就是波的折射定律．2．折射的两种情况：如图所示．(1）当入射角度大于折射角度时，折射角折向法线．(2)当入射角度小于折射角度时，折射角折离法线．（3)当垂直界面入射时，传播方向不改变,属于折射中的特例．2．在波的折射现象中，折射波的波长、频率、波速与入射波的相比有什么变化？提示：波由一种介质进入另一种介质时，波的频率不变，波速和波长都发生了变化．波的反射的解释与应用1．用惠更斯原理解释波的反射：根据惠更斯原理，介质中任一波面上的各点,都可以看作发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面．由于波面是振动状态相同的点组成的，因此这个新的波面就是波在介质中传播形成的新的波形，又因为在波的反射中，波长、波速和频率都不变，所以在图中直角三角形AB′B≌直角三角形B′AA′，所以∠A′AB′＝∠BB′A，即i′＝i,也就是说，在波的反射中，反射角等于入射角,这与光的反射定律是一致的．2．波的反射的应用：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s＝v声·错误!。

高中物理第2章机械波 2.4 惠更斯原理波的反射与折

2.4 惠更斯原理波的反射与折射[学习目标] 1.知道什么是波面和波线.2.了解惠更斯原理，了解用惠更斯原理解释波的反射与折射现象.3.认识波的反射和折射现象，知道反射定律和折射定律．1．惠更斯原理：介质中波前上的各点，都可以看作是一个新的波源(子波源)，并发出子波；其后，这些子波的包络面就是新的波面．2．波的反射定律：当波传播到两种介质的分界面处发生反射，入射波的波线、法线、反射波的波线在同一平面内，入射波的波线与反射波的波线分别位于法线的两侧，而且反射角等于入射角．3．波在介质中发生折射时，入射波的波线、法线以及折射波的波线在同一平面内，入射波的波线与折射波的波线分别位于法线的两侧，入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第一种介质中的波速跟波在第二种介质中的波速之比，即sin i sin r ＝v 1v 2.一、惠更斯原理[导学探究] 把一颗石子投到平静的池塘里，会激起一圈圈起伏不平的水面波向周围传播，你知道向四面八方传播的波峰(波谷)为什么组成一个个的圆形吗？答案因为水波由波源向周围传开，由于向各个方向的波速都一样，所以向四面八方传播的波峰(波谷)组成一个个的圆形． [知识深化] 1．波面和波线(1)波面：波在介质中传播时，任一时刻介质振动步调相同的点的包络面叫做波面．最前面的波面又叫波前，波面是平面的波叫做平面波，波面是球面的波叫做球面波．(2)波线：垂直于波面并指向波传播方向的直线叫做波线，如图1所示为球面波的波面与波线示意图．图12．惠更斯原理(1)内容：介质中波前上的各点，都可以看作是一个新的波源(子波源)，并发出子波；其后，这些子波的包络面就是新的波面．这就是惠更斯原理．(2)作用：如果知道某时刻一列波的某个波面的位置，还知道波速，利用惠更斯原理就可以得到下一时刻这个波面的位置，从而确定波的传播方向．例1 下列说法中正确的是( )A ．根据惠更斯原理可知，介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源B ．惠更斯原理只能解释球面波的传播，不能解释平面波的传播C ．若知道某时刻一列波的某个波面的位置，由惠更斯原理可以确定波的传播方向D ．惠更斯原理不能解释波的直线传播，可以解释波的反射与折射等相关现象答案 A解析根据惠更斯原理，我们可以知道，介质中任意波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新的波面，A 正确；惠更斯原理既可以解释球面波的传播，也可以解释平面波的传播，B 错误；仅知道某时刻一列波的某个波面的位置，无法确定波的传播方向，故C 错误；惠更斯原理能解释波的直线传播、反射与折射等相关现象，故D 错误．二、机械波的反射和折射 [导学探究]1．我们知道光有反射、折射现象，机械波是否也具有反射、折射现象呢？能举例说明机械波的反射现象吗？答案机械波也具有反射和折射现象，声波的反射现象比较常见．例如：对着山崖或高墙说话时，听到的回声；夏日的雷声轰鸣不绝，是声波在云层界面的多次反射． 2．请用惠更斯原理推导波的反射定律．答案如图所示，一列平面波射到两种介质的界面，由于入射波的传播方向与界面不垂直，a 、b 、c 三条波线不同时到达界面，过a 的入射点A 作波面AF ，在波面AF 上找三点A 、C 、B 作为子波源；设波速为v ，取时间间隔Δt ＝BB ′v；作Δt 时间后子波源A 、C 、B 发出的子波波面B ′F ′，根据波线与波面的方位关系画出反射波线．在直角三角形AB ′B 和直角三角形B ′AA ′中，AB ′是公共边，B ′B ＝A ′A ，因此两直角三角形全等，有： ∠A ′AB ＝∠BB ′A所以有：i ′＝i ，即波的反射中，反射角等于入射角． [知识深化] 1．波的反射(1)反射现象：波遇到介质界面会返回来继续传播的现象． (2)入射角和反射角：①入射角：入射波的波线与界面法线的夹角，如图2中的α.图2②反射角：反射波的波线与界面法线的夹角，如图2中的β. ③反射规律：反射角等于入射角，即α＝β. 2．波的折射 (1)折射现象波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向通常会发生改变的现象．如图3所示．图3(2)折射定律①内容：入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第一种介质中的波速跟波在第二种介质中的波速之比． ②公式：sin i sin r ＝v 1v 2.(3)相对折射率n 12＝v 1v 2. [延伸思考]波向前传播的过程中，在两个介质的界面同时发生了反射和折射现象，你知道反射波和折射波的频率f 、波速v 和波长λ各自是如何变化的？请完成下表.例2 图4中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则( )图4A ．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、波长均不等答案 D解析波1、2都在介质a 中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，A 、B 错；波1、3是在两种不同介质中传播，波速不等，但波源没变，因而频率相等，由λ＝v f得波长不等，故C 错，D 对．针对训练同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播，某时刻的波形曲线如图5所示，以下说法正确的是( )图5A ．声波在水中波长较大，b 是水中声波的波形曲线B ．声波在空气中波长较大，b 是空气中声波的波形曲线C ．水中质点振动频率较高，a 是水中声波的波形曲线D ．空气中质点振动频率较高，a 是空气中声波的波形曲线答案 A解析波源相同，声波在水和空气中频率相同，而在水中波速大，由v ＝λf 可知，水中波长大，故选A.三、波的反射现象的应用例3 某测量员利用回声测距，他站在两平行墙壁间某一位置鸣枪，经过1 s 第一次听到回声，又经过0.5 s 再次听到回声，已知声速为340 m/s ，则两墙壁间的距离为多少？答案 425 m解析设测量员离较近的墙壁的距离为x ，则他离较远的墙壁的距离为s －x,2x ＝vt 1 2(s －x )＝v (t 1＋Δt )其中Δt ＝0.5 s ，t 1＝1 s ，代入数据得：s ＝425 m.1．惠更斯原理⎩⎪⎨⎪⎧波面与波线惠更斯原理2．波的反射与折射⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧波的反射⎩⎪⎨⎪⎧ 用惠更斯原理推导波的反射定律波的反射定律：反射角＝入射角波的折射⎩⎪⎨⎪⎧用惠更斯原理推导波的折射定律波的折射定律：sin i sin r ＝v 1v 2相对折射率：n 12＝v1v 21．(多选)下列说法中不正确的是( ) 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 ．任何波的波线都表示波的传播方向 D ．有些波的波面表示波的传播方向答案 AD解析任何波的波线都与波面相互垂直，波线表示波的传播方向，故B 、C 正确，A 、D 错误． 2．(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可能相同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答案ACD3．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．波长在逐渐变小答案 C解析声波在空中向外传播时，不管是否遇到障碍物而引起反射，其波速只由空气介质决定．频率(由振源决定)和波长(λ＝v/f)均不变，所以A、B、D错；又因为机械波是传递能量的方式，能量在传播过程中会减小，故其振幅也就逐渐变小，C正确．4．(多选)下列关于波的认识，哪些是正确的( )A．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理B．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，从而达到隐形的目的C．雷达的工作原理是利用波的反射D．水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的反射现象答案ABC解析A、B、C选项中应用了波的反射现象；D选项应用了波的折射现象，深水区和浅水区视为不同介质，故波的传播方向发生改变，故D错误．课时作业一、选择题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答案 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，与是横波还是纵波无关，故C、D不正确，由此可知B正确．由于水波不能在空间中传播，所以它是平面波，A不正确．2．(多选)下列说法正确的是( )A．入射波面与法线的夹角为入射角B．入射波面与界面的夹角为入射角C．入射波线与法线的夹角为入射角D ．入射角跟反射角相等答案 CD3．(多选)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、波速均发生变化答案 BC解析波发生反射时，在同一种介质中运动，因此波长、波速和频率均不变；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．4．如图1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Ⅰ中的波速为v 1，波在介质Ⅱ中的波速为v 2，则v 1∶v 2为( )图1A ．1∶ 2 B.2∶1 C.3∶ 2 D.2∶ 3答案 C解析由折射定律sin i sin r ＝v 1v 2，可知v 1v 2＝sin 60°sin 45°＝32，故C 选项正确．5．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( )A ．34 mB ．17 mC ．100 mD ．170 m 答案 B解析声波在空气中传播的速度约为340 m/s.因此2s ＝vt ，s ＝vt2＝17 m ，B 正确．6．甲、乙两人平行站在一堵墙前面，两人相距2a m ，距墙均为3a 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 s C ．甲开枪后2t s D ．甲开枪后3＋72s 答案 C解析如图所示，第一声枪响是从甲直接传到乙，所用时间t ＝2av①第二声枪响是声波经墙反射后传到乙．根据波的反射定律，反射后声波所走最短路程s ′＝2a 2＋(3a )2 m ＝4a m ，所需时间t ′＝s ′v ＝4a v②由①②得：t ′＝2t ，故C 正确．二、非选择题7．如图2所示，图(a)是高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图．测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收的信号间的时间差，测出被测物体的速度．图(b)中P 1、P 2是测速仪发出的超声波信号，n 1、n 2分别是P 1、P 2由汽车反射回来的信号．设测速仪匀速扫描，P 1、P 2之间的时间间隔Δt ＝1.0 s ，超声波在空气中传播速度是v ＝340 m/s.若汽车是匀速行驶，则根据图(b)可知，汽车在接收到P 1、P 2两个信号之间的时间内前进的距离是________m ，汽车的速度是________m/s.图2答案 17 17.9解析设汽车在接收到P 1、P 2两个信号时距测速仪的距离分别为s 1、s 2，则有：2s 1－2s 2＝v Δt ′，其中Δt ′＝(3.5－0.5)－(4.4－1.7)3.5－0.5×1 s＝0.1 s ．汽车在接收到P 1、P 2两个信号的时间间隔内前进的距离为：s 1－s 2＝v Δt ′2＝340×0.12m ＝17 m.已知测速仪扫描，由题图(b)记录的数据可求出汽车前进(s 1－s 2)这段距离所用的时间为Δt ″＝Δt －Δt ′2＝⎝ ⎛⎭⎪⎫1.0－0.12 s ＝0.95 s ．汽车运动的速度v ＝s 1－s 2Δt ″＝170.95 m/s ≈17.9m/s.8．如图3所示，a 、b 、c 分别为入射波、反射波、折射波，已知入射波波速v ＝10 m/s ，入射角i 为30°，反射波线与折射波线相垂直，求折射波的速度．图3答案 17.3 m/s解析由图可知波的折射角r ＝60°，由折射定律：sin i sin r ＝v 1v 2，得v 2＝sin rsin i v 1＝3212×10 m/s≈17.3 m/s.9．渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位．已知某超声波频率为1.0×105Hz ，某时刻该超声波在水中传播的波的图像如图4所示．图4(1)从该时刻开始计时，画出x ＝7.5×10－3m 处质点做简谐运动的振动图像．(至少一个周期) (2)现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为 4 s ，求鱼群与渔船间的距离．(忽略渔船和鱼群的运动) 答案 (1)见解析 (2)3 000 m 解析 (1)如图所示．(2)由波形图读出波长λ＝15×10－3m ，由波速公式得v ＝λf ，①鱼群与渔船的距离为x ＝12vt ，②联立①②式，代入数据得x ＝3 000 m.。

2020_2021学年高中物理第二章机械波4惠更斯原理波的反射与折射课时评价含解析教科版选修3_42

惠更斯原理波的反射与折射(25分钟50分)一、选择题(本题共5小题,每题4分,共20分)1.(2020·达州高二检测)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【解析】选B。

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,C、D错误。

由于水波不能在空间中传播,所以它是平面波,A不正确。

2.如图所示1、2、3中分别代表入射波、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】选D。

反射波2的波长、频率、波速与入射波1的波长、频率、波速都相等,A、B均错误;折射波3的波长、波速与入射波1的波长、波速都不等,但频率是相等的,C错误、D正确。

【总结提升】波的反射和折射问题中的规律(1)频率是由振源决定的。

介质中各个质点的振动都是受迫振动,无论是发生反射还是折射,波的频率是不改变的。

(2)波速是由介质决定的。

波的反射是在同一种介质中传播的,因此波速不变;波的折射是在不同介质中传播的,因此波速改变。

(3)波长是由波速和频率共同决定的。

在波的反射中,由于波的频率和波速均不变,根据公式λ=可知波长不改变;在波的折射中,当进入新的介质中波速改变,根据公式λ=可知波长也改变。

3.同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播,某时刻的波形曲线如图所示。

以下说法正确的是( )A.声波在水中波长较大,b是水中声波的波形曲线B.声波在空气中波长较大,b是空气中声波的波形曲线C.水中质点振动频率较高,a是水中声波的波形曲线D.空气中质点振动频率较高,a是空气中声波的波形曲线【解析】选A。

波的频率取决于波源的振动频率,与介质无关,故同一音叉发出的声波在水中传播时的频率与在空气中传播时的频率相同。

但机械波在介质中传播的速度只取决于介质性质,与波的频率无关,声波在水中传播的速度大于在空气中传播的速度。

高中物理 第2章 机械波 4 惠更斯原理 波的反射与折射学业分层测评 教科版选修3-4

高中物理第二章机械波第4节惠更斯原理波的反射与折射

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