第四节 波的反射和折射
第四节 波的反射和折射
第四节波的反射和折射学习目标：１．知道波传播到两种介质交界面时，会发生反射和折射.２．知道波发生反射时，反射角等于入射角，反射波的频率、波速和波长都与入射波相同.３．知道波发生折射是由于波在不同的介质中速度不同，知道折射角与入射角的关系.学习重点：波的反射和折射定律.学习难点：对波面和波线概念的理解.学习内容：一、波的反射:1．[演示]在水波槽的装置中,把一根金属丝固定在振动片上,当金属片振动时,金属丝周期性的触动水面,形成波源,在水面上从波源发出一列圆形波.这时可观察到:(1)水面上形成一列圆形波．(2)画面上的圆形朝各个方向传播的波峰和波谷．2．波的反射:波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫做波的反射.3．反射规律:(1)反射定律: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.4．波遇到两种介质界面时，总存在反射:二、波的折射1．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．2．折射规律：（1）折射定律：入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居法线两侧，入射线的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比.（2）在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变.3．波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同.自我检测：1．下列说法中正确的是：A．声波的反射遵守与光波反射类似的反射定律B．声波发生折射时，频率、波长和波速均要改变C．声波是纵波D．一个剧院满座时交响乐混响时间比空座时长2．在海平面上有两等高的山头A和B，在A山顶点发出一声巨响，经过1s后，在B山顶第一次听到响声，以经1s，在B山顶第二次听到响声，已知声音在空气中的传播速度为340m/s，那么，A、B距海平面的高度为_____________m.。
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．]。
教法分析12.4 波的反射和折射
第4节波的反射和折射P34波面和波线：新内容，有用。
波面（波阵面）：振动状态总是相同的点的集合。
波线：与波面垂直的那些线。
但教材中没有给出这样的定义，而是用举例的方法介绍：假设水面有一个波源，水波向四周传开。
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组成了一个个圆，波谷也组成了一个个圆；实际上，任何振动状态相同的点都组成了一个个圆。
我们把这些圆叫做一个个的波阵面或波面，而与波面垂直的那些线代表了波的传播方向，叫做波线。
在这个例子中，波面还不是面，因为水波只在水面传播。
可以想像，对于空间一点发出的球面波，它的波阵面就是以波源为球心的一个个球面，而波线就是这些球面的半径。
如果波面是个平面，它就是平面波。
如果在纸上画出来，平面波的波面只是一条直线。
P34惠更斯原理课程标准：了解惠更斯原理，能用其分析波的反射和折射。
较低要求。
对原理本身要求不很低，但用它对反射和折射的分析不做高要求，不要求学生复述。
惠更斯原理：介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波的包迹就是新的波面。
（通过上下文了解“包迹”的意义，这是一种能力）P35波的反射、波的折射定性还是定量？有些定量，但不完全是，教学中不必要求学生复述。
2121sin sin v v =θθ， 2112v v n =图12.4-6第2种介质对第一种介质的折射率（即v1 /v2）有三种写法：n12，n21，1n2我们用第一种。
看上下文判断意义。
重要的能力：速度（速率），力（是否包括方向）……P36演示：观察水波的折射后面第2题要用。
不作为知识点要求。
基础光学第4章光波在界面的反射和折射规律
n1 < n2 n1 > n2
% tp % ts
入射
2n1 n2 n1
反射
入射 约定
反射 实际
约定 实际
rp rs tp ts
+ + +
-
+
+ +
n1 n2
约定 实际 透射 约定 实际 透射
(a) n1 < n2
(b) n1 > n2
n1=1.0，n2=1.5
n1=1.5，n2=1.0
i1 B 时，rp 符号发生变化，反射光的p分量产生了相
位为π的跃变，称为半波损失。
当一束光从介质1入射到介质2时，反射光分量表示为： ( p , s ) 0, 当r( p , s ) 0 i ( p , s ) % % E r ( p , s ) r( p , s ) Ei ( p , s ) e ( p , s ) , 当r( p , s ) 0 半波损失
n1 < n2 时反射光与入射光振动方向相反
n1 > n2 时反射光与入射光振动方向相同
在任何情况下，透射光的方向和入射光相同
掠入射
tan(i1 i2 ) % r p tan(i1 i2 ) sin(i2 i1 ) % r s sin(i2 i1 )
n1 < n2时掠射 i1 > i2
s p
0
90
i1
0
B
90
i1
n1 n2
ds
p
dp
p
0
n1 n2Cຫໍສະໝຸດ 90i10
高中物理第二章机械波第4讲惠更斯原理波的反射与折射
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二、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(jiè返mià回n)
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__(_tó_ng内yī)平，面入射线与反射线分别位 于_____法_两线侧(liǎnɡ cè)，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__．
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解析 反射波的波长、频率、波速与入射波都应该(yīnggāi)相 等，故A、B错；折射波的波长、波速与入射波都不等，但 频率相等，故C错，D正确． 答案 D
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针对训练 同一音叉发出(fāchū)的声波同时在水和空气中传播， 某时刻的波形曲线如图2所示．以下说法正确的是( )
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【例 2】 如图 1 所示，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
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一、对惠更斯原理(yuánlǐ)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．波线的指向表示波的传播方向． 3．在各向同性均匀介质中，波线恒与波面垂直(chuízhí)． 4．球面波的波线是沿半径方向的直线，平面波的波线是垂直于
惠更斯原理 波的反射和折射
（1）内容：介质中任一波面上的各点，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（拿布去包裹形成的面）是新的波面。 （2） 作用 ：由已知的波面通过几何作图方法确定下 一时刻平面波、球面波等的波面，根据两者垂直关系， 从而确定波的传播方向。
球面波
传 播 方 向
v•Δ t
平面波
. . .
.. . . .... Nhomakorabea. .
.
. .
二、波的反射
入射波的波线
入射波的波面
反射波的波面
反射波的波线
1、波的反射：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。 2、入射角：入射波线与法线的夹角 反射角：反射波线与法线的夹角
3、波的反射定律：
当波传到两种介质交界面发生反射时
在很广泛的范围内解决了波的传播方向等问题。
一.惠更斯原理 动画演示：1、圆形波纹
2、直线波纹
现象：
1、水波向四周传开，各个方向上波速一样 2、四面八方传播的波峰组成了一个圆，波谷也组成
了一个圆，实际上任意振动状态相同的点都组成了一
个圆我们把这些圆叫做波面
1、波面：振动状态相同的质点组成的面。
（1）球面波：波面是以波源为中心的一个个球面；如：声波
v•Δ t
.
t 波面
. . .
波源
. . .
.
t 波面
. . . . .
t + Δt 波面
传 播 方 向
t + Δt 波面
用惠更斯原理确定下一时刻平面波的波面 t+Δ t时刻的波面
.
.
.
.
.
.
.
第4章 声波在平面界面的反射、折射和透射
1 c1
在媒质II中:只有透射波
p t p t 0 ex p [ i ( t k 2 x co s t k 2 y sin t )] v tx co s t
2c2
pt
13
边界条件
注意：法向 在x-方向
( p i p r ) | x 0 p t | x 0 ; ( v ix v rx ) | x 0 v tx | x 0
媒质II中——只有透射波
p 2 p t 0 ex p [ i ( t k 2 x )]
媒质I和II中的速度场
v1 pi0
1 c1
ex p [ i ( t k 1 x )]
pt 0
pr0
1 c1
ex p [ i ( t k 1 x )]
v2
2c2
ex p [ i ( t kx 2 )]
sin i 0
m n
2 2
2
m 1
m 2 / 1 ; n c1 / c 2
17
全透射条件
0 m n
2 2 2
m 1
1
m n 1 m n 1
2 c 2 1 c1 ; c 2 c1 2 c 2 1 c1 ; c 2 c1
18
全反射条件
n c1 c2 0 .2 3
c 2 c1
Air
ic 1 3 2 3
如果 i
ic
Water
1
sin t
sin i sin ic
注意：角度变化<90°
——意味着不存在真正的透射波！
ic
4.惠更斯原理波的反射与折射
光的反射
光的折射
光的双折射
本章最后三节讲述的_惠__更__斯__原__理__，波的__反__射__、__折__射__、 __干__涉____、__衍__射____以及_多__普__勒__效__应___是波动学说的基 础理论，需要同学们记住其内容。
图示为水波波纹， 其中的明暗条纹分别代表着__波__峰____和__波__谷_____。
水波穿过狭缝时的现象
惠更斯原理 波在传播过程中所达到的每一个点都可以看成
_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。
惠更斯原理实际上给出了作图方法解释波的传播现 象，故而又叫做___惠__更__斯__作__图__法_____。
波的反射：在波的传播过程中，遇到_两__种__介__质__交__界__面___时，
_返__回__原__介__质__中__传__播___的现象叫做波的反射。
惠更斯作图法解释波的反射
波的反射定律：当波传播到两种交界面并发生反射时，
入射线、反射线、法线在_同__一__平__面__内____。 入射线、反射线__分__居__法__线__两__侧_________； 反射角__等__于_____入射角； 反射波__波__长___、_频__率_____、__波__速_____都与入射波相同。
波的反射和折射-惠更斯原理
当v1＞v2时,i ＞γ即折射线偏向法线；
法线
界面
r
当v1＜v2时,i ＜γ即折射线偏离法线；
当垂直界面入射时， i =0，γ=0，传播方向不变，但仍发生了折
射现象
四、用惠更斯原理解释波的折射
波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同 注意： 1.当入射波速度大于折射波速度时，折射角折向法线。
. .
播 方 向
.
t 时刻波前
t 时刻波前
t + t 时刻波前
t
t + t 时刻波前
二、惠更斯原理
球面波的波面和波线
平面波的波面和波线
二、惠更斯原理 用惠更斯原理确定下一时刻平面波的波面
t + Δ t时刻的波面
vΔt
.........
子波波源
t 时刻的波面
利用惠更斯原理可以由已知的波面通过几何作图方 法确定下一时刻的波面，从而确定波的传播方向。例如 当波在均匀的各向同性介质中传播时，波面的几何形状 总是保持不变的。
四、用惠更斯原理解释波的折射
1、定义： 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
折射角（r）：折射波的波线与两介质
界面法线的夹角r叫做折射角。
拆射定律：
（法1线）、波折在射介线质在中同发一生平折面射内时，，入入射射线线、介质I
i
和折射线分别位于法线两侧
介质II
（2） v1 sin i
特点：波线与波面互相垂直
波面 波线
平面波的波线： 垂直于波面的平行线
球面波的波线： 沿着以波源为中心的
半径方向向外的射线
克里斯蒂安·惠更斯
波的反射与折射现象的解释
波的反射与折射现象的解释波的反射与折射现象是物理学中一个重要的现象，广泛应用于光学、声学和水波等领域。
本文将详细解释波的反射与折射现象，并探讨其相关原理与应用。
一、波的反射现象在介质边界上，波遇到边界时发生反射，这一现象被称为波的反射。
以水波为例，当水波到达水池的边缘，它会发生反射并返回到原来的方向。
同样，声波在声学中也发生反射，光波在光学中也发生反射。
波的反射现象符合反射定律，即入射角等于反射角。
入射角是指入射波与法线的夹角，反射角是指反射波与法线的夹角。
这个定律非常重要，因为它解释了为什么我们能够看到镜中的自己。
光线投射在镜子上并以相同的角度反射回来，使我们能够看到反射光线。
波的反射也遵循能量守恒定律。
入射波的能量会分散到反射波和透射波中。
反射波的能量与入射波相同，即反射波会带走一部分能量，而透射波则继续向前传播。
二、波的折射现象波在从一种介质传播到另一种介质时，由于介质的密度和光速的改变，波的传播方向也会改变，这一现象被称为波的折射。
折射现象在光学中很常见，例如光线从空气中进入水中时会发生折射。
波的折射现象符合折射定律，即入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比。
这个定律由斯涅尔提出，并称之为斯涅尔定律。
波的折射现象还与波的速度有关。
当波从光速较快的介质传播到光速较慢的介质时，折射角度变小；反之，当波从光速较慢的介质传播到光速较快的介质时，折射角度变大。
在实际应用中，折射现象被广泛应用于透镜、眼镜等光学器件的设计与制造中。
通过合理地利用折射现象，可以实现光线的聚焦、散射等效果。
三、波的反射与折射的实际应用波的反射与折射现象在日常生活和科学研究中有广泛应用。
在建筑设计中，利用反射现象可以实现室内光线的合理利用，提高室内采光效果。
例如，在设计大型商业建筑时，可以使用反射板、天窗等设施，将阳光反射到室内，减少照明能源的消耗。
在声学中，反射现象可以用于声学设备的设计，例如音响和扬声器。
第四节 波的反射、折射和衍射-学案学生用
因而在同一时间内行进的距离________；
解释折射：
折射波与入射波在________介质中传播，
波速__________，
因而在同一时间内行进的距离________。
三、波的衍射
1．波的衍射现象：
2．用惠更斯原理解释：
当平面波到达障碍物AB上的一条狭缝时，缝上各点可看成是____________，各子波源都发出球形子波。这些子波的包络面已不再是平面。
靠近狭缝的边缘处，波面_______，波线改变了原来的方向，即绕过了障碍物继续前进。
如果障碍物的缝更窄，衍射现象就________。
3、明显衍射的条件：
4、衍射是________________，一切波都能衍射。
四、惠更斯原理的缺陷
第四、五节
一、波面和波线
波面：
波线：
二、惠更斯原理：
三、波的反射与折射
1、波的反射和折射现象
当波传播到两种介质分界面时，一部分波从分界面上返回，形成反射波，另一部分进入另一介质，形成折射波，这就是波的反射现象和折射现象。2、 Nhomakorabea的反射定律
3、波的折射定律
4．用惠更斯原来解释波的反射和折射
解释反射：
反射波与入射波在______介质中，
第四节 惠更斯原理 反射和折射
反射波线 Q
N1
P
反射 波前
P’
N2
t1时刻 入射 波前
Q’
D
X
B
Y
A
N1’
D
E C N2’
3. 用惠更斯原理证明平面波的反射定律 （p33）
入射波线 入射波线
Q
N1
P
反射 波前
P’
N2
t1时刻 入射 波前
Q’
D
i
X
i’
B
i i’
Y C
A
N1’
N2’
三、波的折射
1. 折射现象：波从一种介 质进入另一种介质时，波 传播方向发生偏折的现象
1
说明：
v2
sin r
v 1 v 2 时， i r , 即发生近法线折射
v 1 v 2 时， i r , 即发生远法线折射
i 0时， r 0 , 波的传播方向不变
（2）折射中波的频率保持不变，由公式 知道，波速 和波长都会改变 （3）通常反射和折射时同时发生的
例1. 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340m／s，那么 他至少要离障碍物多远?(原声与回声区分的最 短时间为0.1s)
A 介质I
i
O
r
介 Ⅱ
质
2．波发生折射的原因是速度不同（速度由介质决定） 用惠更斯作图法证明折射定律
C
N’
入射 波线
M’ t1时刻入 射波前
i
介质1 X 介质2 子波
折射 波前 A
E
B DFΒιβλιοθήκη iCYr
N
折射波线
M
3. 折射定律 波在介质中发生折射时，入射线、 法线、折射线在同一平面上，入射 线和折射线分居在法线两侧，入射 i 角的正弦值与折射角的正弦值之比 介质I 等于在第一种介质中的传播速度跟 介质Ⅱ r 第二种介质中的传播速度之比。且 比值是常数。 v sin i
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第四节波的反射和折射
教学目标：
（一）知识与技能
1、知道波传播到两种介质交界面时会发生反射和折射。
2、知道波发生反射时，反射角等于入射角，反射波的频率、波速和波长都与入射波相同。
3、知道波发生折射是由于波在不同的介质中速度不同，知道折射角与入射角的关系。
（二）过程与方法
培养学生对实验的观察、分析和归纳的能力。
（三）情感、态度与价值观
通过对现象的观察、解释、培养学生观察生活，探索知识的能力。
教学重点：
1、波的反射和折射现象。
2、知道波的反射和折射现象中折射角与入射角及反射角的关系。
3、理解波发生折射时的频率、波速和波长都不改变。
教学难点：
用波的反射和折射现象解决实际问题。
教学方法:
自学辅导法
教学用具：
实物投影仪，自制投影片，水波槽，长木板和厚玻璃板各一块
教学过程：
（一）引入新课
［放录像］一位演员在山中唱山歌，歌声缭绕不断。
［提出问题］为什么会产生上述现象？
［学生讨论分析］上述录像中：演员发出的声波传到山崖时，会返回来继续传播，使我们听到回声，这属于声波的反射现象。
那么：水波在传播过程中遇到障碍物时，能不能产生反射现象呢？
［做演示实验，并通过实物投影仪投影］
在水波槽的装置中，把一根金属丝固定在振动片上。
a．让振动片开始振动，金属丝将周期性地触动水面，形成波源。
观察到的现象：在水面上从波源发出一列圆形水波。
b．在水槽中放一块长木板，让波源发出圆形波，观察水波遇到长木板后发生的现象。
观察到的现象：从波源发出的圆形波遇到长木板后，有一列圆形波从长木板反射回来。
教师：波的反射现象中遵循哪些规律呢？这节课我们就来学习有关的内容。
（二）新课教学
1、波面和波线
教师：引导学生阅读教材有关内容，思考问题：
（1）什么是波面？什么是波线？
（2）对于水波和空间一点发出的球面波为例，如何
理解波面和波线？
学生：阅读教材，思考问题。
［投影］出示圆形波的照片。
介绍什么是波面和波线：
（1）照片中的圆形是朝各个方向传播的波峰（或波谷）在同一时刻构成的，叫做波面。
（2）图中与各个波面垂直的线叫波线，用来表示波的传播方向。
2、惠更斯原理
教师：引导学生阅读教材有关内容，思考问题：
（1）惠更斯原理的内容是什么？
（2）以球面波为例，应用惠更斯原理解释波的传播。
学生：阅读教材，思考问题。
3、波的反射
教师：引导学生阅读教材有关内容，体会用惠更斯原理对波的反射过程的解释。
学生：阅读教材。
教师：用多媒体出示右图。
结合图形讲解、总结：
（1）入射波的波线与平面法线的夹角i叫做入射角。
（2）反射波的波形与平面法线的夹角i′叫做反射角。
（3）在波的反射中，遵循下述规律：
①反射角等于入射角
②反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同。
［解释现象］
（1）夏日的雷声轰鸣不绝
（2）在空房子里讲话，声音较响
（3）讲演时听到声音发出后还能持续一段时间
现象一：夏日的雷声有时轰鸣不绝，原因是声波在云层里多次反射形成的。
现象二：在空房间里讲话，会感到声音更响，是因为声波在普通房间里遇到墙壁、地面、天花板等障碍物发生反射时，由于很近，回声和原声几乎同时到达人耳，而人耳只能区分开相差0.1 s以上的两个声音。
所以在房间里听不到回声，只会感到声音比在野外大些。
现象三：讲演厅内听到声音发出后还能持续一段时间，是由于声波在室内传播时，要被墙壁、天花板、地板等障碍物反射，每反射一次都要被障碍物吸收一些，这样，当声源停止发声后，声波在室内要经过多次反射和吸收，最后才消失，我们就会感觉到声源停止发声后，还会持续一段时间。
4、波的折射
教师：刚才我们研究了波的反射现象，波的反射过程中反射波和入射波在同一种介质中，那么如果波由一种介质进入另一种介质时，会发生什么现象呢？
学生会结合初中学过的光的折射现象总结猜想：发生折射现象。
教师：下边我们以水波为例，来研究波的折射现象。
［演示实验］
在实物投影仪上进行演示：
（1）在水波槽的一部分底面上放一块玻璃板，把槽分成深水区和浅水区两部分。
（2）让水波由深水区射到两个区域的界面上，观察发生的现象。
观察到的现象：看到波由深水区进入浅水区能继续传播，但是改变了传播方向。
［学生阅读课文，解答下列思考题］
（1）什么是波的折射？
（2）什么叫入射角和折射角？
（3）在波的折射中遵循什么规律？
［教师总结］
（1）波从一种介质射入另一种介质时，传播的方向会发生改变，这种现象叫做波的折射。
（2）折射波的波线方向与法线之间的夹角r 叫做折射角。
（3）在波的折射中遵循下列规律：
①折射波与入射波的频率相同
②折射波和入射波的波速和波长不同
③在波的折射中，入射角1θ和折射角2θ之间有下述关系
2
121sin sin v v =θθ
其中v 1和v 2是在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的波速。
由于波速是由介质决定的，故2
1v v 是一个只与两种介质有关而与入射角无关的常数，叫做第2种介质相对第
1种介质的折射率。
用12n 表示，则
12n 2
1v v = 如果第2种介质中的波速小于第1种介质中的波速，波在进入第2种介质后，传播方向将向法线靠拢。
这与实验得到的波的折射定律一致。
在水波的折射演示实验中，水波到达浅水区后，传播方向向法线靠拢，说明水波的传播速度与水深有关，水越浅，传播速度越小。
（三）课堂小结
本节课我们主要学习了一个原理、二种现象、五个概念、二条规律
一个原理：惠更斯原理
二种现象：波的反射和波的折射
五个概念：波面、波线、入射角、反射角、折射角
二条规律：波的反射规律
（1）入射波的波线、反射波的波线和界面法线在同一平面内，反射角等于入射角。
（2）反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同。
波的折射规律：
（1）入射波的波线、折射波的波线和界面法线在同一平面内。
（2）入射角的正弦与折射角的正弦之比，这个比值等于波在第一种介质中的传播速率与在第二种介质中的传播速率之比，即：
2121sin sin v v =θθ。
（四）布置作业
1、完成“问题与练习”中的题目。
2、阅读教材后面的“科学漫步”栏目中的短文《回声、混响和建筑声学》。