高中物理第3章机械波2波的反射和折射课件鲁科选择性必修1鲁科高中必修1物理课件
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平面
(3)平面波:波面是__(_p_ín_gm的iàn波) ,如水波。
(4)波线:用来表示波的______传__播_的方线向,波线与各个波面总是(zǒnɡ shì)____垂_(选直填 “垂直”或“平行”)的。
2.波的反射:
(1)概念:波从一种介质传播到另一介质表面时,返回_________传原播来的介现质象。
偏折的现象。
波在介质
2.折射定律:
s,i式n i中 vv11和v2分别是___________和_(_j_iè_z_hì)_Ⅰ_中的波速介。质Ⅱ
sinr v 2
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第六页，共三十九页。
关键(guānjiàn)能力·素养形成
一 波的反射现象的应用
1.回声测距:
(1)当声源不动时,声波遇到了障碍物会返回来继续传播,反射波和入射波在同
第2节 波的反射(fǎnshè)和折射
12/9/2021
第一页，共三十九页。
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第二页，共三十九页。
必备知识(zhī shi)·素养奠基
一、波的反射 【思考】在黑夜中,蝙蝠能准确(zhǔnquè)地找到障碍物或捕食目标的位置,那么它依靠的是什么? 提示: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。蝙蝠就是根据 接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或捕食目标的位置,从而确定飞行方向。
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第十三页，共三十九页。
【素养训练】
1.夏天听到雷声隆隆不绝,是由于
()
A.声波在云层多次反射造成的
B.声波透进云层发生折射造成的
C.云层之间发生多次放电造成的
D.以上说法都不对
【解析】选A。雷声隆隆不绝,我们(wǒ men)好像听到了多个雷声,实际是一次声音在云层中
多次反射,传到人耳中有时间间隔造成的。
离最小。单程考虑,声音从人传到障碍物或从障碍物传到人耳时t= s= 0 . 1 0.05 s,故人离障碍物的最小距离x=vt=340×0.05 m=17 m,故B正确。 2
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第十六页，共三十九页。
二 波的折射现象(xiànxiàng)
1.波的反射、折射现象中各量的变化: 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,一些物理量相应地发生 变化,比较如下:
属于波的折射中的特例。
(2)在应用折射定律公式计算时,角度i(r)为介质Ⅰ(Ⅱ)中波线与法线的夹角,速度v1(v2)是波 在介质Ⅰ(Ⅱ)中的传播速度,一定要注意比值中角度与速度的对应性。
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第二十页，共三十九页。
【思考·讨论】
如图所示为波从一种介质进入另一种介质。
(1)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?
A.入射波的波长大于折射波的波长 B.入射波的波速(bō sù)大于折射波的波速(bō sù)
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 【解析】选A、B、D。固体波速大于液体波速,而波的频率并未变化,所以选项A、B正确,C 错误;由折射定律可知,选项D正确。
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由v=λf
得f= v 1 ＝ 3H4 0z=1 360 Hz。
(2)因频 1率不0 .2变5 ,有
v1 v2 ，
得答案:v2:=(1)1312 6v×10＝3H824050z
m/s1 =1 02 88 m/s。
(2)1 088 m/s
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第二十七页，共三十九页。
【补偿训练】
声波(s若声波在空气中的传播速度
②由于波在一种介质中的波速是一定的,所以 是v 一1 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,叫作第二种介质相v 对2 第一种介质的折射率,
所以n21= 。v 1 ③当v1>v2时v ,i2 >r,折射波的波线靠近法线;当v1<v2时,i<r,折射波的波线远离法
线。
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(2)哪些物理量发生了变化?
(物理观念)
提示:(1)波的频率(pínlǜ)不变。
(2)波的传播方向、波速、波长均发生了变化。
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第二十一页，共三十九页。
(物理观念)
【典例示范】 一列波以60°入射角入射到两种介质的交界面,反射波刚好与折射波垂直。若入射波的
波长(bōcháng)为0.6 m,求: (1)折射波的波长为多少?(结果保留两位有效数字) (2)反射波的波长为多少?
第十一页，共三十九页。
【解析】选C。右边的声波从发出到反射回来所用时间(shíjiān)为t1=0.5 s,左边的
声波从发出到反射回来所用的时间为t2=2 s。山谷的宽度d= v(t1+1 t2)
= 1 ×340×2.5 m=425 m;故C正确。
2
2
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第十二页，共三十九页。
【规律方法】明确(míngquè)回声测距问题的技巧 (1)明确反射波的波速是解题的基础。 波在同一种均匀介质传播过程中反射,则反射波的波速与入射波相同。 (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。 (3)由s=v t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。
比较项
波现象
传播方向
频率f
波速v
波长λ 12/9/2021
波的反射
改变θ反=θ入 不变 不变 不变
第十七页，共三十九页。
波的折射
改变θ折≠θ入 不变 改变 改变
2.折射定律(dìnglǜ)的理解:
(1)表达式: s in i v 1 。
sinr v 2
(2)理解:①折射的原因:波在两种介质中的传播速度不同。
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第二十二页，共三十九页。
【解析】(1)如图所示,设折射角为θ,由图可知,
60°+θ=90°,则θ=30°,
由折射定律得
v1 ＝ sin60，
而
v2 sin30
v1＝1f＝1＝0.6m。
则 (2)反v0.26射2m波＝2的fss,频ii得nn 63率λ0022(p=ínlǜ)2和m波≈速0不.35变53 ,m。
第十八页，共三十九页。
3.折射现象的分析(fēnxī)思路:
(1)明确界面、法线,画出波在两种介质界面上的波线折射图。
(2)明确入射角、折射角。
(3)根据折射定律
s in i 列v式1 分析。 sinr v 2
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第十九页，共三十九页。
【特别提醒】 (1)当波垂直(chuízhí)介质界面入射时,波的传播方向不改变,但波速和波长均发生相应的变化,
t1
t1
时刻物体距声源的距离,s2=v声
是t 2 t2+
时刻物体距声源的距离,物体靠近2
t2
2
或远离声源的速度v=
2
2
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｜v声(t2 t1｜ ) 。
2t2 t2 2t1t1第七页，共三十九页。
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(bǔ shí)目标时会被反射回来,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来定位和测速的。
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第十四页，共三十九页。
2.下列叙述不属于波的反射现象的是 ( )
A.潜水艇利用声呐探测周围物体的分布情况 B.隐形飞机怪异的外形(wài xínɡ)及表面涂特殊隐形物质 C.通过雷达发现目标位置 D.墙里说话墙外听 【解析】选D。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,A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少波的反射,从而达到隐形的目的,B属于;雷达的工作 原理是利用波的反射,C属于;墙里说话墙外听属于波的衍射现象,不属于波的反射现象,故选D。
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第八页，共三十九页。
【特别提醒】(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,波的传播速度
不变。
(2)利用回声测距时首先要明确声源和障碍物的运动情况,再选择不同的公式进行(jìnxíng)计 算。
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第九页，共三十九页。
【思考·讨论】 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避障碍物,能做圆形转弯、 急刹车和快速变换飞行速度等多种“特技飞行”。请问:
反射回来的声音①，又经过1.5 s后听到左边山坡反射回来的声音②，若声速(shēnɡ sù)为340 m/s，
则这个山谷的宽度约为
()
A.170 m B.340 m C.425 m D.680 m
【审题关键(guānjiàn)】
序号 ①
② 12/9/2021
信息提取 探险者距离右边山坡近 从左边山坡反射回来的声波所用的时间为2 s
一介质中传播速度相同,因此,入射波和反射波在传播距离(jùlí)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 。
t
(2)当声源和物体以相对速度v靠近或远离时,若t1时刻发出的声波经过时间2
Δt1听到回声,t2时刻发出的声波经过时间Δt2听到回声,则s1=v声
是t1+
(3)计算时,注意公式“
s in i ”v 中1 角度与速度的对应;另外,可结合v=λf
及频率不变的特点,将公式转s i化n r 为波v 2 长与角度的关系( )解决s有in i关 波 1
长的问题。
sinr 2
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第二十四页，共三十九页。
【素养训练】 1.(多选)一列波由固体传入液体时,下列说法中正确的是 ( )
(2)反射定律:反射波的波线、入射波的波线和_____在同一平面内;反射波
法线
的波线和入射波的波线分别位于_____的两侧;反射角等于_______。
法线
入射角
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第五页，共三十九页。
二、波的折射
传播(chuánbō)
1.折射现象:波在传播(chuánbō)过程中,由一种介质进入另一种介质时_方___向_____发生
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第三页，共三十九页。
1.几个概念:
传播(chuánbō)
(1)波阵面:也叫____波_,面是从波源(bōyuán)发出的波,经过相同_____时__间__到达的各点所组成的面,如
图所示。
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第四页，共三十九页。
球面 (2)球面波:波面是____(q_iú的mià波n) ,如空气中的声波。
第二十五页，共三十九页。
2.一声波在空气中的波长(bōcháng)为25 cm,速度为340 m/s,当折射入另一种介质时,波长变为 80 cm。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。
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第二十六页，共三十九页。
【解析】 (1)声波由空气进入另一种介质时,频率(pínlǜ)不变,
所以其波长不变,仍为0.6 m。
答案:(1)0.35 m (2)0.6 m
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第二十三页，共三十九页。
【规律方法】处理(chǔlǐ)波的折射问题的三点技巧
(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时,波才发生
折射现象。(当波垂直入射时不发生折射现象)
(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、波长不同。
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第十五页，共三十九页。
【补偿训练】
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,人离障碍(zhàng ài)
物的距离至少要大于(已知声音在空气中的传播速度为340 m/s)( )
A.34 m
B.17 m
C.100 m
D.170 m
【解析】选B。从人讲话到声音传到人耳的时间取0.1 s时,人与障碍物间的距
29
大小为332 m/s,则声波在铁中传播速度大小为 ( )
A.332 m/s
B.3×108m/s
C.22.9 m/s
D.4 814 m/s
【解析】选D。声音在铁中与在空气中频率相同,由f= 得
v
v铁 v空 ，
所以v铁=
×332 m/s=4 814 m/s。
铁 空
v空
29 2
铁 空
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(1)蝙蝠在夜间飞行是靠什么器官来导航的? (物理观念(guānniàn))
(2)蝙蝠利用了声波的什么现象?
(物理观念)
提示:(1)不是靠眼睛看的,而是靠耳朵和发音器官来进行导航的。(2)反射现象。
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第十页，共三十九页。
【典例示范】
当一个探险者进入一个山谷后，为了估测出山谷的宽度，他吼一声后，经过0.5 s听到右边山坡
第二十八页，共三十九页。
【拓展例题】考查内容:波的折射定律(dìnglǜ)的应用
【典例】一列平面波朝着两种介质的界面传播,如图所示,A1A2是它在介质Ⅰ中 的一个波面,A1C1和A2C2是它的两条波线,其入射角为53°,C1和C2位于两种介质 的界面上。B1B2是这列平面波进入介质Ⅱ后的一个波面。已知A1A2的长度是 0.6 m,波在介质Ⅰ与介质Ⅱ中的波速之比为4∶3,问A1C1B1与A2C2B2的长度相差 多少?
(3)平面波:波面是__(_p_ín_gm的iàn波) ,如水波。
(4)波线:用来表示波的______传__播_的方线向,波线与各个波面总是(zǒnɡ shì)____垂_(选直填 “垂直”或“平行”)的。
2.波的反射:
(1)概念:波从一种介质传播到另一介质表面时,返回_________传原播来的介现质象。
偏折的现象。
波在介质
2.折射定律:
s,i式n i中 vv11和v2分别是___________和_(_j_iè_z_hì)_Ⅰ_中的波速介。质Ⅱ
sinr v 2
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关键(guānjiàn)能力·素养形成
一 波的反射现象的应用
1.回声测距:
(1)当声源不动时,声波遇到了障碍物会返回来继续传播,反射波和入射波在同
第2节 波的反射(fǎnshè)和折射
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第一页，共三十九页。
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第二页，共三十九页。
必备知识(zhī shi)·素养奠基
一、波的反射 【思考】在黑夜中,蝙蝠能准确(zhǔnquè)地找到障碍物或捕食目标的位置,那么它依靠的是什么? 提示: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。蝙蝠就是根据 接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或捕食目标的位置,从而确定飞行方向。
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【素养训练】
1.夏天听到雷声隆隆不绝,是由于
()
A.声波在云层多次反射造成的
B.声波透进云层发生折射造成的
C.云层之间发生多次放电造成的
D.以上说法都不对
【解析】选A。雷声隆隆不绝,我们(wǒ men)好像听到了多个雷声,实际是一次声音在云层中
多次反射,传到人耳中有时间间隔造成的。
离最小。单程考虑,声音从人传到障碍物或从障碍物传到人耳时t= s= 0 . 1 0.05 s,故人离障碍物的最小距离x=vt=340×0.05 m=17 m,故B正确。 2
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二 波的折射现象(xiànxiàng)
1.波的反射、折射现象中各量的变化: 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,一些物理量相应地发生 变化,比较如下:
属于波的折射中的特例。
(2)在应用折射定律公式计算时,角度i(r)为介质Ⅰ(Ⅱ)中波线与法线的夹角,速度v1(v2)是波 在介质Ⅰ(Ⅱ)中的传播速度,一定要注意比值中角度与速度的对应性。
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【思考·讨论】
如图所示为波从一种介质进入另一种介质。
(1)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?
A.入射波的波长大于折射波的波长 B.入射波的波速(bō sù)大于折射波的波速(bō sù)
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 【解析】选A、B、D。固体波速大于液体波速,而波的频率并未变化,所以选项A、B正确,C 错误;由折射定律可知,选项D正确。
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由v=λf
得f= v 1 ＝ 3H4 0z=1 360 Hz。
(2)因频 1率不0 .2变5 ,有
v1 v2 ，
得答案:v2:=(1)1312 6v×10＝3H824050z
m/s1 =1 02 88 m/s。
(2)1 088 m/s
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【补偿训练】
声波(s若声波在空气中的传播速度
②由于波在一种介质中的波速是一定的,所以 是v 一1 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,叫作第二种介质相v 对2 第一种介质的折射率,
所以n21= 。v 1 ③当v1>v2时v ,i2 >r,折射波的波线靠近法线;当v1<v2时,i<r,折射波的波线远离法
线。
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(2)哪些物理量发生了变化?
(物理观念)
提示:(1)波的频率(pínlǜ)不变。
(2)波的传播方向、波速、波长均发生了变化。
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第二十一页，共三十九页。
(物理观念)
【典例示范】 一列波以60°入射角入射到两种介质的交界面,反射波刚好与折射波垂直。若入射波的
波长(bōcháng)为0.6 m,求: (1)折射波的波长为多少?(结果保留两位有效数字) (2)反射波的波长为多少?
第十一页，共三十九页。
【解析】选C。右边的声波从发出到反射回来所用时间(shíjiān)为t1=0.5 s,左边的
声波从发出到反射回来所用的时间为t2=2 s。山谷的宽度d= v(t1+1 t2)
= 1 ×340×2.5 m=425 m;故C正确。
2
2
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【规律方法】明确(míngquè)回声测距问题的技巧 (1)明确反射波的波速是解题的基础。 波在同一种均匀介质传播过程中反射,则反射波的波速与入射波相同。 (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。 (3)由s=v t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。
比较项
波现象
传播方向
频率f
波速v
波长λ 12/9/2021
波的反射
改变θ反=θ入 不变 不变 不变
第十七页，共三十九页。
波的折射
改变θ折≠θ入 不变 改变 改变
2.折射定律(dìnglǜ)的理解:
(1)表达式: s in i v 1 。
sinr v 2
(2)理解:①折射的原因:波在两种介质中的传播速度不同。
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第二十二页，共三十九页。
【解析】(1)如图所示,设折射角为θ,由图可知,
60°+θ=90°,则θ=30°,
由折射定律得
v1 ＝ sin60，
而
v2 sin30
v1＝1f＝1＝0.6m。
则 (2)反v0.26射2m波＝2的fss,频ii得nn 63率λ0022(p=ínlǜ)2和m波≈速0不.35变53 ,m。
第十八页，共三十九页。
3.折射现象的分析(fēnxī)思路:
(1)明确界面、法线,画出波在两种介质界面上的波线折射图。
(2)明确入射角、折射角。
(3)根据折射定律
s in i 列v式1 分析。 sinr v 2
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第十九页，共三十九页。
【特别提醒】 (1)当波垂直(chuízhí)介质界面入射时,波的传播方向不改变,但波速和波长均发生相应的变化,
t1
t1
时刻物体距声源的距离,s2=v声
是t 2 t2+
时刻物体距声源的距离,物体靠近2
t2
2
或远离声源的速度v=
2
2
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｜v声(t2 t1｜ ) 。
2t2 t2 2t1t1第七页，共三十九页。
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(bǔ shí)目标时会被反射回来,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来定位和测速的。
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第十四页，共三十九页。
2.下列叙述不属于波的反射现象的是 ( )
A.潜水艇利用声呐探测周围物体的分布情况 B.隐形飞机怪异的外形(wài xínɡ)及表面涂特殊隐形物质 C.通过雷达发现目标位置 D.墙里说话墙外听 【解析】选D。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,A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少波的反射,从而达到隐形的目的,B属于;雷达的工作 原理是利用波的反射,C属于;墙里说话墙外听属于波的衍射现象,不属于波的反射现象,故选D。
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第八页，共三十九页。
【特别提醒】(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,波的传播速度
不变。
(2)利用回声测距时首先要明确声源和障碍物的运动情况,再选择不同的公式进行(jìnxíng)计 算。
12/9/2021
第九页，共三十九页。
【思考·讨论】 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避障碍物,能做圆形转弯、 急刹车和快速变换飞行速度等多种“特技飞行”。请问:
反射回来的声音①，又经过1.5 s后听到左边山坡反射回来的声音②，若声速(shēnɡ sù)为340 m/s，
则这个山谷的宽度约为
()
A.170 m B.340 m C.425 m D.680 m
【审题关键(guānjiàn)】
序号 ①
② 12/9/2021
信息提取 探险者距离右边山坡近 从左边山坡反射回来的声波所用的时间为2 s
一介质中传播速度相同,因此,入射波和反射波在传播距离(jùlí)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 。
t
(2)当声源和物体以相对速度v靠近或远离时,若t1时刻发出的声波经过时间2
Δt1听到回声,t2时刻发出的声波经过时间Δt2听到回声,则s1=v声
是t1+
(3)计算时,注意公式“
s in i ”v 中1 角度与速度的对应;另外,可结合v=λf
及频率不变的特点,将公式转s i化n r 为波v 2 长与角度的关系( )解决s有in i关 波 1
长的问题。
sinr 2
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【素养训练】 1.(多选)一列波由固体传入液体时,下列说法中正确的是 ( )
(2)反射定律:反射波的波线、入射波的波线和_____在同一平面内;反射波
法线
的波线和入射波的波线分别位于_____的两侧;反射角等于_______。
法线
入射角
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二、波的折射
传播(chuánbō)
1.折射现象:波在传播(chuánbō)过程中,由一种介质进入另一种介质时_方___向_____发生
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1.几个概念:
传播(chuánbō)
(1)波阵面:也叫____波_,面是从波源(bōyuán)发出的波,经过相同_____时__间__到达的各点所组成的面,如
图所示。
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球面 (2)球面波:波面是____(q_iú的mià波n) ,如空气中的声波。
第二十五页，共三十九页。
2.一声波在空气中的波长(bōcháng)为25 cm,速度为340 m/s,当折射入另一种介质时,波长变为 80 cm。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。
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【解析】 (1)声波由空气进入另一种介质时,频率(pínlǜ)不变,
所以其波长不变,仍为0.6 m。
答案:(1)0.35 m (2)0.6 m
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【规律方法】处理(chǔlǐ)波的折射问题的三点技巧
(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时,波才发生
折射现象。(当波垂直入射时不发生折射现象)
(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、波长不同。
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【补偿训练】
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,人离障碍(zhàng ài)
物的距离至少要大于(已知声音在空气中的传播速度为340 m/s)( )
A.34 m
B.17 m
C.100 m
D.170 m
【解析】选B。从人讲话到声音传到人耳的时间取0.1 s时,人与障碍物间的距
29
大小为332 m/s,则声波在铁中传播速度大小为 ( )
A.332 m/s
B.3×108m/s
C.22.9 m/s
D.4 814 m/s
【解析】选D。声音在铁中与在空气中频率相同,由f= 得
v
v铁 v空 ，
所以v铁=
×332 m/s=4 814 m/s。
铁 空
v空
29 2
铁 空
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(1)蝙蝠在夜间飞行是靠什么器官来导航的? (物理观念(guānniàn))
(2)蝙蝠利用了声波的什么现象?
(物理观念)
提示:(1)不是靠眼睛看的,而是靠耳朵和发音器官来进行导航的。(2)反射现象。
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【典例示范】
当一个探险者进入一个山谷后，为了估测出山谷的宽度，他吼一声后，经过0.5 s听到右边山坡
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【拓展例题】考查内容:波的折射定律(dìnglǜ)的应用
【典例】一列平面波朝着两种介质的界面传播,如图所示,A1A2是它在介质Ⅰ中 的一个波面,A1C1和A2C2是它的两条波线,其入射角为53°,C1和C2位于两种介质 的界面上。B1B2是这列平面波进入介质Ⅱ后的一个波面。已知A1A2的长度是 0.6 m,波在介质Ⅰ与介质Ⅱ中的波速之比为4∶3,问A1C1B1与A2C2B2的长度相差 多少?