高中物理第2章机械波第2节波的反射和折射教案鲁科版选修

第2节 波的反射和折射
课堂互动
三点剖析
一、波的反射定律和折射定律
波遇到障碍物时会返回来继续传播的现象叫做波的反射.在波的反射中，反射角等于入射角；反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同，其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.
波在传播的过程中，由一种介质进入另一种介质时，传播方向发生偏折的现象，叫波的折射.在波的折射中，波的频率保持不变，波速和波长都发生了改变.当波由介质Ⅰ射入介质Ⅱ时，入射角i 、折射角r 和在介质Ⅰ中的波速v 1、在介质Ⅱ中的波速v 2的关系为：2
1sin sin v v r i =. 【例1】如图2-2-1所示，是声波从介质Ⅰ进入介质Ⅱ的折射情况，由图判断下面说法正确的是（ ）
图2-2-1
A.若i ＞r ，则声波在介质Ⅰ中的传播速度大于声波在介质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v 1与在介质Ⅱ中的传播速度v 2满足i
r v v sin sin 21= 解析：根据折射规律：r
i v v sin sin 21=，故D 错，而A 正确.因为i ＞r ，则v 1＞v 2，若Ⅰ是空气，则Ⅱ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
二、反射、折射现象中波速、波长的变化情况
因为v=λ·f，其中f 由振源决定，不论是反射还是折射，波的频率均不变.波速由介质决定，反射时是在同一介质，因此波速不变；波折射时是在不同介质，因此波速一般改变.波长是频率和波速共同决定的.
在反射中波长不变；在折射中，当进入新的介质的波速增大时，波长变大，反之则变小. 波从一种介质斜射入另一种介质时，传播的方向会发生改变，而波的频率不改变. 因为2
1sin sin v v r i = v 1=λ1f
v 2=λ2f 所以21sin sin v v r i ==2
1λλ. 【例2】一列波以60°的入射角入射到两种介质的交界面上，反射波刚好跟折射波垂直，若入射波的波长为0.6 m ，那么折射波的波长为__________ m ，反射波的波长为__________ m.
解析：由题意知，入射角i=60°，则反射角i′=60°，折射角r=30°.因为
21sin sin v v r i ==2
1λλ 所以λ2=︒
︒=60sin 30sin sin sin 1λi r ×0.6 m=0.35 m 反射波的波长λ1′=λ1=0.6 m.
答案：0.35 0.6
各个击破
类题演练1
如图2-2-2，一列平面波朝着两种介质的界面传播，A 1A 2是它在介质Ⅰ中的一个波面，A 1C 1和A 2C 2是它的两条波线，其入射角为53°（sin53°取0.8）.C 1和C 2位于两种介质的界面上.B 1B 2是这列平面波进入介质Ⅱ后的一个波面.已知A 1A 2的长度为0.6 m ，介质Ⅰ和介质Ⅱ中的波速之比为4∶3，问：A 1C 1B 1与A 2C 2B 2的长度相差多少？
图2-2-2
解析：设波的入射角为i ，折射角为r ，则根据折射定律得：r i sin sin =21v v ,即sinr=12v v sini=0.8×4
3,由几何关系可得A 1C 1B 1与A 2C 2B 2的长度之差 Δs=C 1C 2sini-C 1C 2sinr
又因为C 1C 2=A 1A 2/cos53°=1
所以由以上各式可得：Δs=C 1C 2(sini-sinr)=0.2 m.
答案：0.2 m
变式提升1
如图2-2-3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 1.2×105
km/s ，求该波在甲介质中的传播速度.
图2-2-3
解析：由图中几何关系，可知折射角r=30°，由波的折射规律r i v v sin sin =乙甲
，所以v 甲=r
i sin sin ·v 乙=︒
︒30sin 60sin ·v 乙=2
123
×1.2×105 km/s=2.08×105 km/s. 答案：2.08×105
km/s
类题演练2
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
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=λf可得，波在水中的波长变大，故A错，B正确.
答案：B
变式提升2
反射、折射中波发生变化的是什么，不发生变化的是什么？
解答：（1）波的反射是指波遇到了障碍物会返回来继续传播，因此波的传播方向发生变化.反射波与入射波在同一介质中传播，介质决定波速，因此波速不变.波的频率是由波源决定的，因此波的频率也不改变，根据公式λ=vf，我们可知波长也不改变.
（2）波的折射是波从一种介质中射入另一种介质中时传播方向发生改变的现象，由概念可知，波的折射中传播方向发生变化.由于入射波与折射波在两种不同的介质中传播，因此波速会发生变化.波的频率由波源决定，即频率不变，由公式λ=v/f，可知波长发生变化.。