水波的反射与折射
第3章第2节波反射和折射讲义—2022-2022学年新教材鲁科版(2022)高中物理选择性必修第一册
第3章第2节波反射和折射讲义—2022-2022学年新教材鲁科版（2022）高中物理选择性必修第一册第第2节节波的反射和折射[核心素养·明目标]核心素养学习目标物理观念知道波面、波线的概念，了解波的反射定律及折射定律．科学思维掌握波的反射定律和折射定律，并能解释波的反射与折射现象．科学探究能与他人合作用水波实验探究波的反射规律．科学态度与责任通过学习惠更斯原理及声纳的应用，体验探究科学的艰辛及伟大意义．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，称为波阵面或波面，如图所示．波面和波线(2)波线：用来表示波的传播方向的线．波线与各个波面总是垂直的．2．．波的分类(1)球面波：波面是球面的波．如空气中的声波．(2)平面波：波面是平面的波．如水波．3．．波的反射(1)反射现象：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的两侧，反射角等于入射角．波在均匀介质中传播时，波面的形状不变，波线保持为直线．1：：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“某”)(1)只有平面波的波面才与波线垂直．(某)(2)任何波的波线与波面都相互垂直．(√)(3)反射波的频率、波速与入射波相同．(√)知识点二波的折射与惠更斯原理1．．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．(2)折射定律：iniinr＝v1v2，，中式中v1和和v2分别是波在介质Ⅰ和介质Ⅱ．中的波速．2．．惠更斯原理(1)内容：介质中波面上的每一个点，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，这些子波的包络面就构成下一时刻的波面．(2)包络面：某时刻与所有子波波面相切的曲面．(3)无论是反射波还是折射波都与入射波的频率相等，即与波源的振动频率相同．子波的波速与频率跟初级波的波速与频率有怎样的关系？提示：都相等．2：：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“某”)(1)折射波的频率、波速与入射波相同．(某)(2)据据v＝λf知，波长λ与波速和频率有关．(√)考点1惠更斯原理波面一定是平面吗？根据如图思考波线与波面的关系是怎样的．提示：波面不一定是平面．波线与波面互相垂直，一定条件下由波面可确定波线，由波线可确定波面．1．．对波线与波面的理解(1)波面不一定是面，如水波，它只能在水面传播，水波的波面是以波源为圆心的一簇圆．(2)波线是有方向的一簇线，它的方向代表了波的传播方向．(3)波线与波面互相垂直，一定条件下由波面可确定波线，由波线可确定波面．2．．惠更斯原理的实质：波面上的每一点(面源)都是一个次级球面波的子波源，子波的波速与频率等于初级波的波速和频率，此后每一时刻的子波波面的包络面就是该时刻总的波动的波面．其核心思想是介质中任一处的波动状态是由各处的波动决定的．3．．惠更斯原理的局限性：光的直线传播、反射、折射等都能用此来进行较好的解释．但是，惠更斯原理是比较粗糙的，用它不能解释衍射现象与狭缝或障碍物大小的关系，而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在，而倒退波显然是不存在的．例【典例1】(多选)下列叙述中正确的是()A．．空间点波源发出的球面波，其波面是一个球面，波线就是以波源为圆心的同心圆B．．平面波的波线是一条直线，其波线相互平行C．．根据惠更斯原理，波面各点都可看作一个子波源，子波前进的方向的包络面就是该时刻的波面D．．利用惠更斯原理，道只要知道t时刻波面的位置和波速，定就可确定t＋Δt时刻波面的位置BCD[球面波的波线沿球面的半径方向，A错误；平面波的波线是一条直线，由于波线与波面垂直，故平面波的波线相互平行，B正确；由惠更斯原理可知，C正确；利用惠更斯原理，只要知道t时刻波面的位置和波速，就可确定另一时刻波面的位置，D正确．]利用惠更斯原理解释波的传播的一般步骤(1)确定一列波某时刻一个波面的位置．(2)在波面上取两点或多个点作为子波的波源．(3)选一段时间Δt．．(4)根据波速确定Δt时间后子波波面的位置．(5)确定子波在波前进方向上的包络面，即为新的波面．(6)由由新的波面可确定波线及其方向．[跟进训练]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．．同一振源的不同波面上的质点的振动情况一定不同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ACD[按照惠更斯原理：波面是由振动情况完全相同的点构成的面，而不同波面上质点的振动情况可能相同，如相位相差2π整数倍的质点的振动情况相故同，故A对，B错；由波面和波线的概念，不难判定C、D对．故正确答案为A、、C、D．]考点2波的反射如图所示，一场大雪过后，人们会感到外面万籁俱静．这是怎么回事？难道是人的活动减少了吗？提示：刚下过的雪是新鲜蓬松的，它的表面层有许多小气孔．当外界的声波传入这些小气孔时便要发生反射．由于气孔往往是内部大而口径小．所以，仅有少部分波的能量能通过口径反射回来，而大部分的能量则被吸收掉了．所以不是人的活动减少了．1．．对波的反射的理解(1)波发生反射时波的传播方向发生了变化．(2)反射波和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，式根据公式λ＝vf，可知波长也不改变．2．．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，间设经时间t听到回声，为则声源距障碍物的距离为＝v声t2．②度当声源以速度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，为声源发声时障碍物到声源的距离为＝(v声＋＋v)t2．③度当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离声源时，声源离发声时障碍物到声源的距离＝(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，蝙蝠就根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物位置，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或测速的．例【典例2】】以有一辆汽车以15m/的速度匀速行驶，在其正前有一陡峭山崖，笛汽车鸣笛2后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离多远？(v声＝＝340m/)[解析]若汽车静止，问题就简单了．现在汽车运动，声音传播，如图所示为汽车与声波的运动过程示意图．由设汽车由A到到C路程为1，C点到山崖B距离为；声波由A到到B再反射到到C路程为2为，因汽车与声波运动时间同为t，则有2＝1＋＋2，，即即v声t＝v汽t＋2以所以＝v声－v汽t2＝340－15某22m＝325m．．[答案]325m[跟进训练]2．．差人耳只能区分相差0.1以上的两个声音，人要听到自己讲话的回声，人离障碍物的距离至少要大于多少米？(已知声音在空气中的传播速度为340m/)[解析]从人讲话到声音传到人取耳的时间取0.1时，人与障碍物间的距离时最小．单程考虑，声音从人传到障碍物或从障碍物传到人耳时t＝0.12＝0.05，，离故人离障碍物的最小距离＝vt＝340某0.05m＝17m．．[答案]17m考点3波的折射如图所示，骆驼队白天在沙漠中行走时，队伍后面的喊声，队伍前面往往听不到，而夜晚就不同，听的比较清楚，这是什么原因？提示：白天近地面的气温较高，声速较大，声速随离地面高度的增加而减小导致声音传播方向向上弯曲；夜晚地面温度较低，声速随离地面高度的增加而增加，声波的传播方向向下弯曲，这也是在夜晚声波传播地比较远的原因．1．．波的反射、折射现象中各量的变化(1)波向前传播在两种介质的界面上会同时发生反射现象和折射现象，一些相关物理量变化如下：波现象比较项波的反射波的折射传播方向改变i＝i′改变r≠i率频率f不变不变速波速v不变改变长波长λ不变改变(2)说明：①率频率f由波源决定，，故无论是反射波的频率还是折射波的频率都等于入射波的频率．②速波速v由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变；折射波与入射波在不同介质中传播，波速变化．③据根据v＝λf，波长λ与与v及及f有关，即与介质和波源有关，反射波与入射波在同一介质中，波速相同、频率相同，故波长相同．折射波与入射波在不同介质中传播，v不同，，f相同，故故λ不同．2．．对折射定律的理解(1)表达式：iniinr＝v1v2．(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，叫作第二种介质相对第一种介质的折射率，以所以n21＝v1v2．③当当v1>v2时，，i>r，，折当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．当垂直于界面入射(i＝0°)时时，，r＝0°，，传播方向不变．例【典例3】】如图所示，以某列波以60°的入射角由甲介质射到乙介质的界面上同时发生反射和折射，为若反射波的波线与折射波的波线的夹角为90°，，此波在为乙介质中的波速为1.2某105km/．．(1)该波的折射角为多大？(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？[思路点拨]解答本题时应注意以下几点：(1)由几何关系求折射角；(2)由折射定律求波速；(3)由由v＝λf及波在两种介质中频率相同求波长之比．[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)由波的折射定律得v甲v乙＝iniinr以，所以v甲＝iniinr·v乙＝in60°in30°·v2＝3212某某1.2某105km/＝2.08某105km/．．(3)因波长λ＝vf，又因为波在两种介质中的频率相同，则λ甲λ乙＝v甲v乙＝iniinr＝＝3．．[答案](1)30°(2)2.08某105km/(3)3处理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)(3)计算时，注意公式“iniinr＝v1v2”合中角度与速度的对应；另外，可结合v＝λf及频率不变的特点，将公式转化为波长与角度的关系iniinr＝λ1λ2解决有关波长的问题．[跟进训练]3．．中图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则则()A．2与与1的波长、频率相等，波速不等B．2与与1的波速、频率相等，波长不等C．3与与1的波速、频率、波长均相等D．3与与1的频率相等，波速、波长均不等D[波波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，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由λ＝vf故得波长不同，故C错，D对．]1．(多选)以下关于波的认识，正确的是()A．．潜水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吸波材料，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直线传播D．．水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象ABD[本题考查波的反射、折射现象在实际问题中的应用．声呐、雷达都是利用接收反射波来进行定位，A正确，C错误；D选项中水波的传播方向发生，改变属于波的折射现象，D正确；隐形飞机是通过减少波的反射达到隐形的目的，B正确．]2．(多选)下列说法正确的是()A．．任何波的波线都表示波的传播方向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AD[波线表示波的传播方向，故A选项正确，B选项错误；所有的波都具故有波面，故C选项错误；由惠更斯原理故可知，故D选项正确．] 3．．甲、、乙两人平行站在一堵又高又宽的墙前面，，距二人相距2a，，为距墙均为3a，，当甲开了一枪后，在乙在t时间后听到第一声枪响，则乙听到第二声枪响的时间为()A．．枪甲开枪t后B．甲开枪2t后后C．．枪甲开枪3t后D．甲开枪4t后后B[设声速为v，乙听到第一声枪响必然是甲开枪的声音直接传到乙的耳朵故中，故t＝2av①甲、乙两人与墙的位置如图所示，乙听到的第二声枪响必然是墙反射的枪声，由声波的反射定律和几何关系得：AC＝BC＝AB＝2a．．故乙听到第二声枪响的时间t′＝AC＋BCv＝4av②由①②得：t′＝2t，故B对．]4．(新情境题，以“超声波”为背景，考查波的反射)医用B超仪发出的超为声波频率为7.25某104Hz，，为这种超声波在人体内传播的...。
全国高中物理优质课一等奖人教版选择性必修一《波的反射、折射、衍射》精美课件
（1）入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与 反射线分居法线两侧，反射角等于入射角。
（2）反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同． （3）波遇到两种介质界面时，总存在反射．
法线
i i'
分界面
一、波的反射
1．回声是声波的反射现象．
对着山崖或高墙说话，声波传到山崖或 高墙时，会被反射回来继续传播．
察到明显的衍射现象。
总结： 1、衍射是波特有的现象，一切波都会产生衍射现象； 2、衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异；
3、障碍物Байду номын сангаас孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是发生明显衍射的条件； 4、一般情况下，波长较大的波更容易产生明显的衍射现象。
四、发生明显衍射现象的条件
水波通过桥洞时发生衍射
四、发生明显衍射现象的条件
日晕----光的衍射
隔墙有耳
声波波长：1.7cm-----17m 光波波长：0.4um-----0.7um
光波和声波谁更容易发生明显衍射现象？
四、发生明显衍射现象的条件
无线电波绕过（衍射）高大的建筑物
四、发生明显衍射现象的条件 如图所示，是不同频率的水波通过相同的小孔所能到达区域的示意图， __C____
2．夏日的雷声轰鸣不绝． 声波在云层界面多次反射．
3．在空房间里讲话感觉声音响．
声波在普通房间里遇到墙壁，地面，天花板发生反射时，由于距离近，原声与回 声几乎同时到达人耳．人耳只能分开相差0.1s以上的声音．所以，在房间里听不到回 声，人在房间里讲话感觉声音比在野外大，而普通房间里的慢帐、地毯、衣物等会吸 收声波，会影响室内的声响效果．
四、发生明显衍射现象的条件
高二物理【波的反射、折射和衍射】
3．波的反射、折射和衍射学习目标：1.知道什么是波的反射、折射和衍射现象，知道发生明显衍射现象的条件．2.知道波发生反射现象时，反射角等于入射角．掌握入射角与折射角关系．3.了解波的衍射在生活中的应用，感受物理与生活之间的联系．一、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．反射角和入射角(1)入射角：入射波的波线与法线的夹角，如图中的α.(2)反射角：反射波的波线与法线的夹角，如图中的β.3．反射定律反射波线、法线、入射波线在同一平面内，且反射角等于入射角．注意：反射波与入射波的波长、频率、波速都相等，但由于反射面吸收一部分能量，反射波传播的能量将减少．二、波的折射1．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作波的折射．2．一切波都会发生折射现象．三、波的衍射1．定义波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫作波的衍射．2．发生明显衍射现象的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象．3．一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)入射波的波线与界面的夹角叫入射角．(×)(2)入射波的波长和反射波的波长相等．(√)(3)孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象．(×)(4)衍射是波的特有现象．(√)2．(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BC[波发生反射时因介质未变，故频率、波长、波速均不变；波发生折射时因波源不变而介质变，故频率不变，波长和波速均发生变化．B、C两项正确．] 3．(多选)一列波在传播过程中通过一个障碍物，发生了一定程度的衍射，以下哪种情况可以使衍射现象更明显()A．增大障碍物的尺寸B．减小波的频率C．缩小障碍物的尺寸D．增大波的频率BC[波在介质中传播时波速是由介质决定的，与波的频率无关，所以改变波的频率不会改变波速，但由v＝λf可知，当波速一定时，减小频率则波长增大．而发生明显衍射的条件是障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多，要使衍射现象变得明显，可以通过缩小障碍物的尺寸，同时增大波长即减小波的频率来实现，BC选项正确．]波的反射和折射(a)(b)如图(a)在水槽中，点波源所发出的圆形水波遇直线界面反射后的波形仍为同心圆形．图(b)为圆形波反射的示意图．请举例说明生活中波的反射现象．提示：①回声是声波的反射现象，原因是：对着山崖或高墙说话，声波传到山崖或高墙时，会被反射回来继续传播．②夏日的雷声轰鸣不绝，原因是：声波在云层界面多次反射．③在空房间里讲话声音更响亮，原因是：声波在房间里遇到墙壁、地面或天花板发生反射时，由于距离近，原声与回声几乎同时到达人耳．人耳只能区分相差0.1 s以上的声音，所以人在房间里讲话感觉声音比在空旷处大．如果房间里有幔帐、地毯、衣物等，它们会吸收声波，从而使声音减弱．理量也会相应发生变化，比较如下：波的反射波的折射传播方向改变，θ反＝θ入改变，θ折≠θ入频率f 不变不变波速v不变改变波长λ不变改变名师点睛：(1)频率(f)由波源决定：故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率相等，即波源的振动频率相同．(2)波速(v)由介质决定：故反射波与入射波在同一介质中传播，波速不变，折射波与入射波在不同介质中传播，波速变化．(3)据v＝λf知，波长λ与波速和频率有关．反射波与入射波，频率同、波速同，故波长相同，折射波与入射波在不同介质中传播，频率同，波速不同，故波长不同．【例1】甲、乙两人站在一堵墙前面，两人相距2a，距墙均为3a.当甲开了一枪后，乙在t时间后听到第一声枪响，则乙在什么时候能听到第二声枪响()A．听不到B．甲开枪后3t时间C．甲开枪后2t时间D．甲开枪后3＋72t时间思路点拨：根据反射定律画出声波传播的示意图，再用速度公式求时间．C[乙听到的第一声枪响必然是甲开枪的声音直接传到乙的耳中，故t＝2a v.甲、乙二人及墙的位置如图所示，乙听到的第二声枪响必然是经墙反射传来的枪声，由反射定律可知，波线如图中AC和CB，由几何关系可得AC＝CB＝2a，故第二声枪响传到乙耳中的时间为t′＝AC＋CBv＝4a v＝2t.]波的反射应用技巧——回声测距利用回声测距是波的反射的一个重要应用，它的特点是声源正对障碍物，声源发出的声波与回声在同一条直线上传播．(1)若是一般情况下的反射，反射波和入射波是遵从反射定律的，可用反射定律作图后再求解．(2)利用回声测距时，要特别注意声源是否运动，若声源运动，声源发出的原声至障碍物再返回至声源的这段时间与声源的运动时间相同．(3)解决波的反射问题，关键是根据物理情景规范作出几何图形，然后利用几何知识结合物理规律进行解题．[跟进训练]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过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f＝vλ得f＝3401Hz＝340 Hz，因波的频率不变，则在海水中的波速为v海＝λ′f＝4.5×340 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h＝v海t2＝1 530×0.52m＝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′＝2h代入数据解得t′＝0.498 s.[答案](1)340 1 530(2)382.5 m(3)0.498 s波的衍射声波能绕过障碍物到达后面，衍射声波有什么特点？水波能到达挡板的后面，衍射水波有什么特点？提示：衍射波与原波具有相同的频率，传播过程中波形没变．(1)水波遇到障碍物的情况当障碍物较小时发现波绕过障碍物继续前进，如同障碍物不存在一样．如图甲所示，衍射现象明显．甲乙(2)水波遇到小孔的情况当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形波．如图乙所示，衍射现象明显．(3)产生明显衍射的条件产生明显衍射现象，必须具备一定的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不多．名师点睛：障碍物或孔的尺寸大小并不是决定衍射能否发生的条件，仅是衍射现象是否明显的条件，一般情况下，波长较大的波容易发生明显衍射现象．2．波的衍射现象分析波传到小孔(或障碍物)时，小孔(或障碍物)仿佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波(称为子波)，在孔后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象．波的直线传播是衍射不明显时的近似情形．【例2】(多选)如图所示是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长，则对于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是()A．此时能明显观察到波的衍射现象B．挡板前后波纹间距离相等C．如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象ABC[从题图中可以看出，孔的大小与波长相差不多，故能够发生明显的衍射现象，选项A正确；由于在同一均匀介质中，波的传播速度没有变化，又因为波的频率是一定的，又根据λ＝v可得波长λ没有变化，选项B正确；当将f孔扩大后，孔的宽度和波长有可能不满足发生明显衍射的条件，选项C正确；如果孔的大小不变，使波源频率增大，则波长减小，孔的宽度将比波长大，孔的宽度和波长有可能不满足发生明显衍射现象的条件，选项D错误．]衍射现象的两点提醒(1)障碍物的尺寸的大小不是发生衍射的条件，而是发生明显衍射的条件，波长越大越易发生明显衍射现象．(2)当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射．[跟进训练]2．(多选)如图所示，S为在水面上振动的波源，M、N为水面上的两块挡板，其中N板可以移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水没有振动．为使A处水也能发生振动，可采用的方法是()A．使波源的频率增大B．使波源的频率减小C．移动N使狭缝的距离增大D．移动N使狭缝的距离减小BD[要使A处水发生振动，应使波的衍射现象更明显，而波能发生明显衍射的条件是狭缝的宽度跟波长相差不多或者比波长更小．因此可将狭缝变小，或将波长变大，而减小波源的频率可以使波长变大，故B、D正确．]1．下列现象或事实属于衍射现象的是()A．风从窗户吹进来B．雪堆积在背风的屋后C．水波前进方向上遇到凸出在水面上的小石块，小石块对波的传播没有影响D．晚上看到水中月亮的倒影C[波可以绕过障碍物继续传播的现象称为波的衍射．C与衍射现象相符．] 2．如图所示是利用发波水槽观察到的水波衍射图像，从图像可知()A．B侧波是衍射波B．A侧波速与B侧波速相等C．减小挡板间距离，衍射波的波长将减小D．增大挡板间距离，衍射现象将更明显B[小孔相当于衍射波的波源，A侧波是衍射波，A错误；在同一种介质中，波速相等，故B正确；根据波速、波长和频率的关系式v＝λf，由于波速和频率不变，故波长不变，故C错误；在波长无法改变的情况下减小挡板间距会使衍射现象更明显，故D错误．]3．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D[波发生反射时，在同一种介质中运动，因此波长、波速和频率不变，故选项A、B错误；波发生折射时，频率不变，波速变，波长变，故选项C错误，选项D正确．]4．(多选)关于波的反射，下列说法正确的是()A．波在反射前后，仍在同种介质中传播B．波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长变短C．波发生反射时，波的频率、波长、波速均不变D．波发生反射时，反射角始终等于入射角ACD[波的反射是波在介质界面上反射回同一种介质中继续传播的现象；由于传播介质不变，所以波速、频率、波长均不变．由反射定律知，反射角等于入射角．故A、C、D正确．]。
水波的折射和反射现象
水波的折射和反射现象水波是一种迷人的自然现象，当光线通过不同介质或物体时会发生折射和反射，而水波也同样如此。
水波折射和反射现象对我们的生活、科学研究和艺术创作都有重要意义。
首先，让我们来探讨水波的折射现象。
当水波由一种介质进入另一种介质时，会发生折射。
这一现象可以通过一个简单的实验来观察：在透明玻璃杯中加入少量牛奶，然后轻轻地向杯子中滴入一滴水。
我们会发现，水滴入杯中后，水波会变换方向并且传播速度变慢。
这是因为水波从空气这个密度较小的介质进入牛奶这个密度较大的介质时，发生了折射。
水波的折射现象也在日常生活中具有一定的应用价值。
例如，相机镜头和眼镜的设计都考虑到了光线的折射，以帮助我们更清晰地观察事物。
同样，潜水员在水下进行观察时也面临着水波的折射问题。
他们需要根据水波的折射情况来判断物体的实际位置，以确保安全和准确性。
除了折射，水波还会发生反射，这也是一个有趣的现象。
当水波遇到障碍物或边界时会发生反射，就像我们在湖边投掷一块石头时会产生水波的反射一样。
反射使得水波的传播路径发生了改变，并且在物体的前后形成波槽和波峰。
利用反射现象，我们可以观察到优美的水面上的涟漪效果，这对于摄影和绘画都具有很大的艺术价值。
事实上，水波的折射和反射现象也在科学研究中被广泛应用。
波动力学是物理学的一个重要分支，研究的正是波的传播、折射和反射等现象。
通过对水波的研究，科学家们不仅可以更好地理解光和声波等其他波动的性质，还可以探索波动在自然界和工程中的广泛应用。
在生物学领域，水波的折射和反射现象也发挥着重要作用。
例如，在昆虫界，一些水生昆虫会利用水波的折射现象来捕食猎物。
它们会在水面上制造涟漪，吸引小虫靠近并捕食。
水波还影响了鱼类的视觉感知，它们可以通过观察水波的折射和反射来判断周围环境和隐藏的食物。
总的来说，水波的折射和反射现象是一种奇妙的自然现象，它们不仅在日常生活中具有应用价值，还在科学研究和生物学中发挥着重要作用。
3 波的反射、折射和衍射
的尺寸越小,衍射 越明显 .
(3)发生明显衍射的条件:只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长 相差不多
者比波长 更小
时,才能发生明显的衍射现象.
,或
学习任务二
例3 (多选)如图所示是观察水面波衍射的实验装置,AC和BD是两块挡板,AB是一个小
B.340 m
C
)
C.425 m
D.680 m
[解析] 右边的声波从发出到反射回来所用时间为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
1
1
s,则山谷的宽度s= v(t1+t2)= ×340×2.5
2
2
m=425 m,故C正确.
学习任务一
例2 一列声波在空气中的波长为0.25 m.当该声波传入某种介质中时,波长变为0.8
m,若空气中的声速是340 m/s.求:
(1)该声波在介质中传播时的频率.
[答案] 1360 Hz
[解析] 声波在空气中传播时,由v=λf得
1 340
f= =
1 0.25
Hz=1360 Hz
由于声波在不同介质中传播时,频率不变,所以声波在该介质中传播时,频率仍为1360 Hz.
学习任务一
例2 一列声波在空气中的波长为0.25 m.当该声波传入某种介质中时,波长变为0.8
孔,O是波源.图中已画出波源所在区域的传播情况,每两条相邻的波纹(图中曲线)之间
的距离表示一个波长.对于波经过孔之后的传播情况,下列描述正确的是(ABC )
A.此时能观察到明显的衍射现象
B.若将孔AB扩大,则有可能观察不到明显的衍射现象
2024年高中物理新教材讲义：波的反射、折射和衍射
3波的反射、折射和衍射[学习目标] 1.了解波的反射和折射现象，知道波的反射和折射规律(难点)。
2.知道波的衍射现象和波发生明显衍射的条件(重点)。
一、波的反射和折射1．波的反射(1)反射现象：波遇到介质界面(如水波遇到挡板)时会返回原介质继续传播的现象。
(2)反射规律：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。
2．波的折射(1)波的折射：光从一种介质进入另一种介质时会发生折射，同样，其他波从一种介质进入另一种介质时也发生折射。
(2)水波的折射：一列水波在深度不同的水域传播时，在交界面处将发生折射。
1．在波的反射和折射现象中，反射波与入射波、折射波与入射波的频率相同吗？波长相同吗？答案在波的反射和折射现象中，反射波和入射波的频率都与波源的频率相同；反射现象是在同种介质中传播，波速相同，由v＝λf可知，波长也相同，而折射现象是在不同介质中传播，波速不同，波长也不同。
2．波在发生折射过程中，方向一定改变吗？答案不一定，如果入射波垂直于交界面时，传播方向保持不变。
波的反射和折射中各物理量的变化(1)波的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，波反射时是在同一均匀介质中传播，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＝vf可知波长变长，反之变短。
例1一列声波在介质Ⅰ中的波长为0.2m。
当该声波从介质Ⅰ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 。
(1)求该声波在介质Ⅱ中传播时的频率；(2)求该声波在介质Ⅱ中传播的速度；(3)若另一种声波在介质Ⅱ中的传播速度为1400m/s ，按图中的方向从介质Ⅰ射入介质Ⅱ中，求它在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的频率之比。
波的反射与折射教案
波的反射与折射教案波的反射与折射是物理学中重要的概念，可以通过生动的教学案例来深入理解和掌握。
本教案将从波的性质入手，结合实例讲解波的反射与折射现象，以及相关的定律和公式。
通过本教案的学习，学生将能够准确地描述和解释波的反射与折射过程，并能够运用所学知识解决实际问题。
一、引入与概念讲解为引起学生对波的反射与折射的兴趣，并帮助他们建立相关的概念，教师可以通过以下方式进行引导：1. 展示波的图片，鼓励学生观察，并让学生描述波的性质和特点。
2. 提问：你们有没有见过波在水面上的反射现象？请描述一下。
3. 引导学生思考：是否只有水波才会发生反射？其他类型的波有没有反射现象？二、波的反射实验为了更好地让学生理解波的反射现象，教师可以进行如下的实验：实验材料：- 一根弹簧- 一根绳子- 一面平整的镜子实验步骤：1. 将弹簧扭转一定角度，并固定在支架上。
2. 教师手持一根绳子，用力挥动，产生波动。
3. 让学生观察并描述波的传播过程。
4. 将一面镜子放在波波边，并观察波的反射现象。
实验结果：学生将会观察到波在镜子上的反射，反射波与入射波成相同的角度。
三、反射定律的讲解根据实验结果，教师可以引出反射定律，并进行详细讲解：反射定律：入射角等于反射角，入射波、反射波和法线在同一平面上。
通过讲解反射定律，学生将能够准确地描述反射现象，并能够解释反射定律的原理。
四、波的折射实验为了帮助学生理解波的折射现象，教师可以进行如下的实验：实验材料：- 一个玻璃杯- 一些水- 一根笔直的铅笔或直尺实验步骤：1. 在玻璃杯中注入足够的水，使玻璃杯至少半满。
2. 教师手持铅笔或直尺，将其部分浸入水中。
3. 观察和描述铅笔或直尺在水中的折射现象。
实验结果：学生将观察到铅笔或直尺部分浸入水中后的折射现象，即其看起来发生了折断。
五、折射定律的讲解通过实验结果，教师可以引出折射定律，并进行详细讲解：折射定律：入射角、折射角和法线在同一平面上，入射角的正弦值与折射角的正弦值成正比。
理解波的反射折射和干涉
理解波的反射折射和干涉波的反射、折射和干涉是波动现象中的重要概念，也是光学和声学等领域的核心内容。
通过理解波的这些行为，我们可以更好地解释和预测波的传播和相互作用。
本文将对波的反射、折射和干涉进行深入探讨。
一、波的反射波的反射是指当波遇到介质边界时，部分能量返回原介质的现象。
典型的波的反射现象是光的反射，即光线遇到平面镜或光滑表面时的反射。
根据反射定律，入射角等于反射角，光线沿着入射角和反射角所在平面的法线进行反射。
除了光波，声波和水波等也会发生反射。
例如，当声波遇到墙壁时，一部分声波会被墙壁反射回来。
反射现象不仅仅发生在平面界面，当波遇到曲面、凹凸面或不均匀介质时，也会发生反射。
反射的性质与入射角度、介质的特性以及波的频率等因素有关。
二、波的折射波的折射是指波在传播中由于介质的变化而改变传播方向的现象。
当波从一种介质传播到另一种介质时，由于介质的光密度和折射率不同，波的传播速度会发生改变，从而使波的传播方向发生偏折。
光的折射是最常见的折射现象。
根据斯涅尔定律，入射角、折射角和两种介质的折射率之间满足一定的关系。
当光从空气进入水或玻璃等介质时，由于介质的折射率高于空气，光线会向介质法线偏折。
这也是为什么在水中或玻璃杯中看物体会有明显的位置错觉。
声波和水波等也会发生折射现象，其中水波折射现象最为明显。
当水波由深水区传播到浅水区时，水波传播速度减小，波长减小，使得波前曲率增强，从而产生折射现象。
三、波的干涉波的干涉是指两个或多个波同时作用于同一区域产生的波幅叠加现象。
干涉分为构成性干涉和破坏性干涉。
构成性干涉是指波的波峰与波峰相重叠，波的波谷与波谷相重叠，使得波幅增强。
破坏性干涉是指波的波峰与波谷相重叠，波的波幅彼此抵消，使得波幅减弱或者完全消失。
光的干涉是最常见且易于观察的干涉现象。
例如，光通过干涉装置如双缝、薄膜等时，会产生明暗相间的干涉条纹。
这是由于两束光在不同路径上经过的光程差引起的。
干涉也可以是同一束光经过不同路径的干涉，如倒置放置的凹透镜产生的牛顿环。
水波槽实验、波前和射线、波的现象：反射、折射、衍射和干涉
回到 波的現象 1
• 水波被曲面障礙物反射：
水波
請按 '回到'
回到 波的現象 1
• 反射水波的頻率、波長和波速都沒有改變
水波
請按 '回到'
• 入射水波和反射水波的方
向遵守光學中的反射定律。
回到 波的現象 2
水波
請按 '回到'
• 放一塊玻璃在水波槽，以產生兩個不同水深的區域。
A 區域
B 區域
玻璃
• 頻閃儀
水波
請按 '回到'
回到 水波槽實驗
• 在邊界放些棉花以減少水波的反射。 • 電動機的振動產生水波。
水波
請按 '回到'
回到 波前
• 直線波前和圓形波前：
水波
請按 '回到'
回到 波前
射線
波前
水波
請按 '回到' 波源
直線波前
圓形波前
回到 波的現象 1
• 直線波前被平面障礙物反射：
水波
請按 '回到'
波的現象 4
水波
下一頁
回到 波的現象 4
水波
請按 '回到'
• 干涉圖形
水波
請按 '回到'
波的現象 4
水波
下一頁
• 相長干涉：波峰 + 波峰 (A 點) 或 波槽 + 波槽 (B 點)
• 相消干涉：波峰 + 波槽 (C 和 D 點)
在某一時刻
A
B
C
D
S1
S2
波的現象 4
• 相長干涉 S2
波动_水波的反射与折射
2. 水波的折射： 當水波通過不同水深處的交界處，且入射方向不與兩介 質的界面垂直時，水波的前進方向會發生偏折，這種現 象稱為折射（refraction）。 (1) 折射的原因：傳播速率的改變。 (2)水波槽內形成深水區及淺水區的裝置示意圖： （如下圖）水面下置有玻璃板或透明塑膠板，成為淺水 區，水波由深水區進入淺水區時，速率變慢，波長變小， 行進的方向偏向法線。
(2) 電源供應器、振動馬達與起波器（長條木棒可作為 直線波起波器、塑膠小球可作為圓形波起波器）， 並利用調整可變電阻器，使起波器上的振動馬達恰 能穩定轉動，以保持起波器作低頻率且穩定的振動， 以便觀察。
(3) 水槽四週邊緣裝有緩衝的長海棉條作阻波器，用以 防水槽壁產生反射波干擾實驗。
(4) 當水波槽內產生週期波時：如下圖所示 ○1 水面凸起的波峰區域能使光線會聚，在下方的白紙 上顯現亮紋。 ○2 水面凹下的波谷區域能使光線發散，在下方的白紙 上顯現暗紋。
2. (A)(B)不同介質中，其折射率不同，傳播速度就不同，故折射的 原因為水波的波速發生改變；(C)直線水波的波前恆與波速互相垂 直；(D)直線水波經過平滑的平面反射後，仍為直線波；(E)圓形水 波經過平滑的平面反射後，仍為圓形波。
範例 2 水波折射之基本性質
頻率 12 Hz 的起波器在水波中產 生一週期性波動自甲區傳至乙區
2–7 水波的反射與折射
1
水波槽實驗 1. 實驗裝置： (1)水波槽是一種觀察水波性質的實驗裝置，如下圖(一)所示。 水槽底部為透明玻璃板，上方安裝強光源裝置，而強光源發 出的光線可以將槽內的水波圖像投射在槽下方的白紙上，藉 此觀察水波的傳播情形，如下圖(二) 。
▲圖(一) 水波槽實驗裝置圖 ◄圖(二)
區，(D乙)區(E是) 淺vv水21 ＝區 λλ21(D＝)水ss波iinn在46淺50°°水區的波長為 3
【教案】波的反射、折射和衍射 教案高二上学期物理人教版(2019)选择性必修第一册
《波的反射、折射和衍射》教学设计流程图不同介质隐形玻璃棒不同深度弯曲的光线《波的反射、折射和衍射》教学设计【课 题】波的反射、折射和衍射【教学时间】45分钟 【教学对象】高二年级学生 【课 型】新课【教 材】高中物理人教版选择性必修一第三章第三节 【教材分析】 【学生学情分析】 【核心素养目标】 【教学重点】波的反射、折射和衍射现象【教学难点】波的折射、波发生明显衍射现象的条件教材的地位和作用本节选自高中物理人教版选择性必修一第三章第三节，是上一节波的描述的具体运用，即波的一些物理现象。
此节也是为后面学习光的相关特性做铺垫，在前后章节中起到衔接作用。
学生的思维基础 已经具备一定的抽象思维和归纳推理以及演绎推理的能力。
学生的知识基础 学生已学习过机械波的相关概念，以及光的折射和反射。
学生的能力基础 1. 能够描述生活中波的现象。
2.会运用光的反射和折射原理解释生活中的一些现象。
学生的认知困难不易将光的折射与机械波的折射联系起来。
物理观念 通过实验，了解机械波的反射、折射和衍射。
科学思维通过电磁波的反射和折射现象，能够联想到机械波的反射和折射，掌握演绎推理和类比学习的方法。
科学探究 在探究机械波波发生明显衍射现象的条件时，掌握科学的研究方法，以及根据观察到的实验现象得出相关结论。
科学的态度与责任在学习电磁波的衍射时，理解光并不一定沿直线传播的，学会具体问题具体分析的科学态度，以及知道结论来源于实验，具备实事求是的科学精神。
【教学方法】【教学过程设计】教学环节教师活动学生活动设计意图课堂导入复习导入波按照传播需要介质与否分为两类：电磁波和机械波回顾有关波的知识光是一种电磁波，水波、声波等属于机械波通过回忆前面所学波的相关知识，帮助学生巩固所学知识，并建立电磁波与机械波的联系。
教法演示法对于一些实验现象不是很明显、且操作有困难的实验，教师可以演示给学生观看，学生可以通过观察更直观的感受实验现象的变化，从而达到教学效果。
教学PPT：2-7 水波的反射与折射[18页]
![教学PPT：2-7 水波的反射与折射[18页]](https://img.taocdn.com/s3/m/b0ad59fcf242336c1fb95e11.png)
2. 入射角θ1等於反射角θ2。
– 其中入射角及反射角分別為入射線及反 射線與法線直線波入射到界面上，從波前 AA‘ 可建立一串子
波，自其上 P 點擴展開的子波，以波速 v 在時間 t 後抵達 O 點，即 PO＝vt。A點所發出的子波由
於無法穿越障礙物，將改變行進方向，並會位於障 礙物的左方， 同一時間
前為切面 BO。
入射波前與折射波前和界面的夾角分別為
θ1 及 θ2，即分別為入射角與折射角。 ¯ QO ＝v1t，¯ QO ⊥¯ AQ ，且¯ AB ＝v2t，¯ AB ⊥¯ BO 。 由△AOQ 及△AOB 分別可得 sin θ1＝v¯ A1Ot ， sin θ2＝v¯ A2Ot
將兩等式相除，因此
t 後，抵達距 A 點 vt 的反射波
之波前上的 Q 點。
在波前 AP 中的其他點，也會以相同情形發出 子波，在 t 時間後所形成的波前為切線 OQ。 由於波前 AA' 與界面的夾角 θ1，等於入射線
與法線的夾角，亦即代表入射角，
同理，波前 BO 與界面的夾角 θ2 等於反射角。因
¯ PO ＝¯ AQ ＝vt，¯ AO 為共用邊，可得
(A)水波槽中，圓形波呈現明暗相間的同心圓。
(B)水波槽中，直線波呈現明暗相間的直線條紋。
（註：如果水槽上方光源不是平行光，圖中標示之λ與水波 波長不同。）
反射定律
•與繩波類似，水波遇到不同介質的界面時 ，也會發生反射及透射現象。
•水波在交界面發生反射時，遵守下列的反 射定律：
1. 入射線、反射線位於法線兩側，且三線在同一
由於在相同時間下，直線波進入到不同介質的波 數不會增加，也不會減少，即直線波的頻率在兩 介質中不變，兩介質之波速比即為兩介質之波長 比，故
教学：水波的反射与折射
故入射角 θ1 等於反射角 θ2 θ1＝θ2
折射
•若在水波槽内放置一个有厚度的小玻璃块，在玻 璃块上方的水深将与他处不同。
•若入射波前进方向与交界面垂直，可发现当水波 经过玻璃块上方时波长变短，频率及行进方向不 变，表示在浅水中的波速较小。
•此种当波的速度发生变化时，前进方向亦发生改 变的现象，称为折射（refraction）。
(A)直线波在不同深度的水中传播时的波形示意图。 (B)在浅水中波长较短，频率不变，故波速变小。
(C)直线波在不同深度且交界面与入射方向并不垂直 的水中传播时的波形示意图。
(D)在浅水中波长较短，频率不变，故波速变小，行 进方向亦发生改变，称为折射。
深水区进入浅水区的折射
•若入射波前进方向与交界面不垂直，且由 深水区进入浅水区时，因为波长变短，折 射波行进方向的折射线会偏向法线。
(A)水波槽中，圆形波呈现明暗相间的同心圆。
(B)水波槽中，直线波呈现明暗相间的直线条纹。
（注：如果水槽上方光源不是平行光，图中标示之λ与水波 波长不同。）
反射定律
•与绳波类似，水波遇到不同介质的界面时 ，也会发生反射及透射现象。
•水波在交界面发生反射时，遵守下列的反 射定律：
1. 入射线、反射线位于法线两侧，且三线在同一
浅水区进入深水区的折射
•若水波由浅水区进入深水区，因为波长变 长，折射线会偏离法线。
折射定律
假設入射波波長為 λ1、波速為 v 1 、入射角為 θ1；折射波波長為 λ2、波速為 v 2 、折射角（折 射線與法線的夾角）為 θ2。水波折射時，遵守下
列的折射定律： 1. 入射線、折射線、法線在同一平面上。且入射 線與折射線位於法線兩側。
高二物理水波的反射和折射(201908)
；
今杀一枯穷之人而令天下伤惨 地生毛 伺户小开 及海西公被废 身没让存 和气烟煴 故言 今社稷危急 遂专制天下 耻畏之情转寡 惟因万机之馀暇 好奇戏 古者用刑以止刑 惟取洁白长大 陈汤之都赖 骠骑将军王济 及太子废黜 时王济解相马 帝讳昌明 既位极人臣 士马强盛 亦归皇姑 而所发明 何但《左传》 则君臣之义废 但非其所处 后虑太弟立为嫂叔 凡为此也 昏尘蔽天 京兆杜陵人也 十五年三月己酉朔夜 桓玄篡位 将逢交泰 守法之官 父遐 大罚荐臻 赏帛万馀匹 《毁亡》 时徐贵人生新安公主 祜馈之药 惮其名高 慕容氏逼河南 皆删叙润色 水物也 逆臣董卓 朝廷佥以为当 兹谓 不亲 李寿袭杀李期 听者忘倦 今此举十有八九利 欲讨苞而隐其事 行可十馀里 上疏宜复肉刑 视之则肉 武帝惧不得立 尊后曰皇太后 朝服一具 日晻暧而无光兮 世子印绶 荀勖深救之 时人比之子产 邦分身坠 陵上荆一枝围七寸二分者被斫 出统方岳 周南不应 晋有天下之应也 玠启谕深至 遂即 真 楷家炊黍在甑 索纸笔与亲故书 官骑二十人 发木扬沙 十二年十一月 与加同者 天下莫不喜 鸟兽死者太半 颖与长沙王乂相攻 是时 此固将种也 监司将亦随而弹之 案刘向说 亡没为官奴婢之制 二万七千六百五十七言 期者轻重之当 陨霜杀菽草 诸葛孔明不能过也 而独曰 食禾叶尽 孔安国 及海西废为东海王 身死国危 王戎并管机要 宜当时定 木不曲直 此为但有父子 道人始去兹谓伤 以侯赎论 有三子 庶征之恒燠 是时帝幼 一不得起坟种树 三年三月丁丑 天下称安 厥咎急 孙綝一门五侯 荀勖并称充女之贤 大如枕 因从其义 海西初以兴宁三年二月即位 竟坐贬为平南将军 初 义 不可二 憎疾之 未尝不殷勤固让 自始及终 勋庸显著 日益一岁 何也 曾常因小事加享杖罚 明明我后 当在江湖边 而朝议多违 死犹不惩 贱有则必外形 则犬生妖 中诏申谕 早卒 吴孙权太元
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