第2章 第2讲 波的反射和折射-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（鲁科版选修3-4）

第2讲　波的反射和折射 [目标定位]　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，知道波的反射定律和折射定律． 一、惠更斯原理 1．波面：从波源发出的波，经过同一传播时间到达的各点所组成的面，叫做波阵面或波面． 波面为球面的波称为球面波，波面是平面的波称为平面波． 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． 3．惠更斯原理：介质中波阵面上的每一个点，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． 二、波的反射 1．定义：波遇到障碍物时会返回来继续传播的现象． 2．入射角与反射角 波在遇到障碍物发生反射时，入射波线与反射面法线的夹角叫做入射角，反射波线与反射面法线的夹角叫做反射角．[来源:学科网] 3．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两侧，反射角等于入射角． 4．反射波的波长、频率和波速都与入射波的相同． 三、波的折射 1．定义：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．入射角与折射角 在波的折射中，入射波的波线与法线的夹角叫做入射角i，折射波的波线与法线的夹角叫做折射角r. 3．入射角与折射角和波速之间的关系(折射定律)：＝. 一、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．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． 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波面的平行直线． 5．利用惠更斯原理可以解释平面波和球面波的传播、波的反射和折射现象． 例1　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．无论怎样的波，波线始终和波面垂直 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对，B错；由波面和波线的概念，不难判定C、D正确． 答案　ACD 二、波在反射、折射现象中的波长、频率和波速 　　　　波现象 比较项　　 波的反射 波的折射 传播方向 改变　θ反＝θ入 改变　θ折≠θ入[来源:学科网ZXXK] 频率f 不变 不变 波速v 不变 改变 波长λ 不变 改变[来源:学,科,网] 特别提醒 (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，即与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，频率相同，波速相同，故波长相同．折射波与入射波在不同介质中传播，频率相同，波速不同，故波长不同． 例2　 图1 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、波长相等 D．3与1的频率相等，波速、波长均不等 解析　反射波的波长、频率、波速与入射波都相等，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[来源:学,科,网Z,X,X,K] 图2 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2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[来源:学科网] 解析　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. 答案　A 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. (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). (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s＝(v声－v). 2．超声波定位 蝙蝠、海豚能发出超声波，超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来．蝙蝠、海豚就是根据接收到反射回来的超声波来确定障碍物或食物的位置，从而确定飞行或游动方向