第2节 波的反射和折射-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修1同步导学案配套PPT课件（鲁科版）

第2节　波的反射和折射 第3章　机械波   [学习目标]　1.知道什么是波面和波线。2.认识波的反射和折射现象,知道波的反射定律(重点)。 课时作业 巩固提升 要点1　波的反射 要点2　波的折射 内容索引 要点1　波的反射 一 4 梳理 必备知识 自主学习 1.波面和波线 (1)波面:从波源发出的波经过相同　　　　　到达的各点所组成的面,称为波阵面或波面。  (2)波线:用来表示波的　　　　　　的线,波线与各个波面总是 　　　　的。  传播时间 传播方向　 垂直 2.波的分类 (1)球面波:波面是　　　　的波。如空气中的声波。  (2)平面波:波面是　　　　的波。如水波。  球面 平面 3.波的反射 (1)定义:波从一种介质传播到另一种介质表面时,　　　　　　　　传播的现象称为波的反射。  (2)反射定律:反射波的波线、入射波的波线和　　　　在同一平面内,反射波的波线和入射波的波线分别位于　　　　的两侧,反射角 　　　　入射角。  返回原来介质 法线　 法线　 等于 [思考与讨论] 我们知道,声音在传播过程中,遇到障碍物时会发生反射。对着远处的峭壁大喊一声会听到回声,就是声波在峭壁上反射的结果。波的反射应该遵从什么规律? 提示:机械波的反射规律与初中学过的光(光波)的反射遵循相同的规律——反射定律。 1.波在传播中遇到障碍物会发生反射现象,波的反射遵循反射定律。 2.入射波与反射波在同一种介质中传播。 3.波发生反射时,频率、波长、波速均不变。 归纳 关键能力 合作探究 [例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。  340 　1 530 (1)由f= Hz=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)若物体在海面上发出的声音经过0.5 s听到由海底反射的回声,则海水深为多少? [答案]　　(2)382.5 m (2)入射声波和反射声波用时相同,则海水深为 h=v海· m=382.5 m。 (3)在(2)的情景下,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? [答案]　　(3)0.498 s (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。 方法总结 回声测距的三种情况 1.当声源不动时,声波遇到了障碍物后会返回继续传播,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,设经时间t听到回声,则声源到障碍物的距离为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远离静止的声源时,声源发声时障碍物到声源的距离为s=(v声-v)·。 [例2]　甲、乙两人平行站在一堵墙前面,两人相距2a,距离墙均为a。当甲开了一枪后,乙在时间t后听到第一声枪响,则乙听到第二声枪响的时间为(　　) A.听不到　　　　　　　　 B.甲开枪3t后 C.甲开枪2t后 D.甲开枪t后 C 乙听到的第一声枪响必然是直接传到乙的耳中的枪声,故t=。甲、乙两人及墙的位置如图所示,乙听到第二声枪响必然是墙反射的枪声,由反射定律可知,波线如图中AC和CB所示,由几何关系得AC=CB=2a,故第二声枪响传到乙的耳中的时间为t'==2t,故C正确。 [针对训练]　1.随着我国经济的快速增长,旅游事业迅速发展,其中回归大自然的滨海游、生态游等休闲度假游,备受人们的喜爱。如图所示,一艘汽船以4 m/s的速度在无风河面上航行,船上发出一声鸣笛,旅客在3 s后听到前方悬崖反射回来的声音,则悬崖与汽船原来位置的距离为(已知声速为340 m/s)(　　) A.258 m B.340 m C.516 m D.680 m C 如图所示,汽船发出鸣笛声在B处,旅客听到回声位置在A处,即3 s内汽船前进了A、B间距离l,则声波经过2s-l的 距离。v声t=2s-l=2s-v船t,得s= m=516 m,C项正确。 2.人在室内讲话的声音比在空旷的室外讲话声音要洪亮,是因为(　　) A.室内空气不流动 B.室内声音多次被反射 C.室内声音发生折射 D.室内物体会吸收声音 B 在室内说话,说话的声音传到墙壁上又反射回来,时间差太短,我们不能分辨出回声与原声,我们听到的是回声与原声的混合,因此我们听到的声音响亮,在空旷的场合说话,声音传播出去,周围没有高大的建筑物,声音不能反射回来,我们听到的只是原声,因此听起来就没有室内响亮。综上分析,A、C、D错误,B正确。 二 要点2　波的折射 22 1.定义:波在传播过程中,由一种介质进入另一种介质时　　　　　　发生偏折的现象,称为波的折射。  2.入射角与折射角:入射波的波线与法线的夹角称为入射角,用i表示;折射波的波线与法线的夹角称为折射角,用r表示。 3.入射角与折射角的关系:,式中v1和v2分别是波在 　　　　　和　　　　　中的波速。  梳理 必备知识 自主学习 传播方向 介质Ⅰ　 介质Ⅱ [思考与讨论] 如图所示,波由介质Ⅰ进入介质Ⅱ时波线偏折吗?这种现象叫什么?满足什么规律?频率变化吗?波长变化吗?   提示:波线发生偏折;波的折射;折射定律;不变;变化。 1.对折射定律的理解 (1)由于波在一种介质中的波速是一定的,所以只与两种介质的性质有关,与入射角、折射角无关。 (2)在应用公式计算时,i(r)为介质Ⅰ(Ⅱ)中波线与法线的夹角,v1(v2)是波在介质Ⅰ(Ⅱ)中的传播速度,一定要注意公式中角度与速度的对应性。 归纳 关键能力 合作探究 2.波的反射与折射的对比 波现象 波的反射 波的折射 传播方向 改变(i'=i) 改变(r≠i) 频率f 不变 不变 波速v 不变 改变 波长λ 不变 改变 [例3]　如图所示,某列波以60°的入射角由甲介质射到乙介质的界面上同时发生反射和折射,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,则: (1)该波的折射角为多大? [答案]　(1)30° (1)由反射定律可得,反射角为60°,由几何关系可得,折射角为r=30°。 (2)该波在甲介质中的传播速度为多少? [答案]　(2)2.08×105 km/s (2)由波的折射定律有 所以v甲=·v乙=·v乙≈2.08×105 km/s。 (3)该波在两种介质中的波长之比为多少? [答案]　(3) (3)因波长λ=,又因为波在两种介质中的频率相同,则。 方法总结 处理折射问题的方法 1.弄清折射现象发生的条件。 2.抓住折射波与入射波的区别与联系:波的频率相同、波速不同、波长不同。 3.计算时,注意公式中角度与速度的对应。 4.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来解决有关波长的问题。 [针对训练]　3.如图中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 波线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错误;波线1、3是在两种不同介质中传播的,波速不同,但波源没变,因而频率相等,由λ=得波长不同,C错误,D正确。 三 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [A组　基础巩固练] 1.(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,波的频率不变,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,在同一种介质中传播,因此波长、波速和频率都不发生变化;波发生折射时,频率不变,波速和波长均发生变化,故B、C正确,A、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2.(多选)下列现象中属于声波反射现象的是(　　) A.隔着墙能听到房间外面有人讲话 B.在峡谷中能够听到回声 C.夏日的雷声有时轰鸣不绝 D.在水里的人能听到岸上的声音 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 BC 隔着墙能听到房间外的人讲话,不属于声波反射现象,A错误;在峡谷中能够听到回声,是声波的反射现象,B正确;夏日的雷声有时轰鸣不绝,是声波的反射现象,C正确;水里的人能听到岸上的声音,是声波的折射现象,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 3.下列说法正确的是(　　) A.横波能发生折射,纵波不能发生折射 B.只有机械波能发生折射 C.轮船上的人与此轮船附近的潜水员保持相对静止,“听”到远处同一头白鲸叫声的频率相同 D.从一种介质进入另一种介质时,波的传播方向一定会发生改变 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 一切波都能发生折射,故A、B错误;波在传播过程中,无论经过何种变化,其频率不变,则轮船上的人与此轮船附近的潜水员保持相对静止时,“听”到远处同一头白鲸叫声的频率相同,故C正确;波垂直界面从一种介质进入另一种介质时,波的传播方向不会发生改变,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 4.如图所示是声波从介质Ⅰ进入介质Ⅱ的折射情况。由图判断,下面说法中正确的是(　　) A.入射角大于折射角,声波在介质Ⅰ中的波速大于它在介质Ⅱ中的波速 B.入射角大于折射角,Ⅰ可能是空气,Ⅱ可能是水 C.入射角小于折射角,Ⅰ可能是钢铁,Ⅱ可能是空气 D.介质Ⅰ中波速v1与介质Ⅱ中波速v2满足 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A 图中MN为介质界面,虚线为法线,i为入射角,r为折射角,由题图可直接看出入射角大于折射角(i>r),C错误;根据折射规律有>1,所以v1>v2,D错误,A正确;声波在液体、固体中的速度大于在气体中的速度,B错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 5.对于波长为100 m的声波,下列说法正确的是(　　) A.在同一介质中,比波长为20 m的声波传播快 B.在空气中的频率比在水中大 C.声波能发生折射,但折射后频率发生变化 D.声波能发生反射,但反射后波速不变 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 机械波的传播速度由介质决定,在同一种介质中,波速相等;波的频率由波源决定,与介质无关;折射后,波进入另一种介质,传播速度发生变化,反射后回到原来的介质,传播速度不变,故D选项正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 6.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0.3 s听到右边山坡反射回来的声音,又经过1.6 s听到左边山坡反射回来的声音,若声速为340 m/s,则这个山谷的宽度约为(　　) A.221 m　　　　　　　　　 B.442 m C.374 m D.646 m 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 向右传播的声波从发出到反射回来所用时间为t1=0.3 s,向左传播的声波从发出到反射回来所用的时间为t2=1.9 s。山谷的宽度s=v(t1+t2)=×340×2.2 m=374 m,故C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [B组　综合强化练] 7.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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A 波的频率取决于波源的振动频率,与介质无关,故相同音叉发出的声波在水中与在空气中传播时频率相同;机械波在介质中传播的速度只取决于介质本身,声波在水中传播的速度大于在空气中传播的速度,由v=λf可知,声波在水中的波长较大,对应于题图中波形曲线b,故A项正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 8.一列波在第一种均匀介质中的波长为λ1,在第二种均匀介质中的波长为λ2,且λ1=3λ2,那么波在这两种介质中的频率之比和波速之比分别为(　　) A.3∶1,1∶1　　　　　　　 B.1∶3,1∶3 C.1∶1,3∶1 D.1∶1,1∶3 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 同一列波频率不变,由v=λf知,故C项正确。 9.如图是一列机械波从一种介质进入另一种介质中发生的现象。已知波在介质Ⅰ中的波速为v1,波在介质Ⅱ中的波速为v2,则v1∶v2为(　　) A.1∶∶1 C. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 由题图知入射角i=60°,折射角r=45°,则,故C正确。 10.小明和小刚每天上学途中都要经过一座铁桥,学习了波的知识之后,小明和小刚想到了一个测量桥长的方法,一人在铁桥的一端用锤子敲击一下,另一人在铁桥的另一端听传来的声音,结果发现经空气和铁桥,声音传到另一端的时间差为2 s(声波在空气中传播速度v=340 m/s,在钢铁中的传播速度为4 900 m/s),则桥长大约为(　　) A.680 m B.9 800 m C.730.7 m D.无法计算 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 由题意可知=2 s,解得l≈730.7 m,C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 11.一列声波在介质Ⅰ中的波长为0.2 m,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0.6 m,如图所示,已知在介质Ⅰ中声速是340 m/s。 (1)求该声波在介质Ⅱ中传播时的频率; 答案:(1)1 700 Hz　 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (1)声波在介质Ⅰ中传播时,由v=λf得 f= Hz=1 700 Hz。 由于声波在不同介质中传播时,频率不变,所以声波在介质Ⅱ中传播时,频率为1 700 Hz。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (2)求该声波在介质Ⅱ中传播的速度; 答案: (2)1 020 m/s　 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (2)由v=λf得声波在介质Ⅱ中的传播速度为v2=λ2f=0.6×1 700 m/s= 1 020 m/s。 (3)若另一种声波在介质Ⅱ中的传播速度为1 400 m/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。 答案: (3)1∶1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (3)同一种声波由介质Ⅰ到介质Ⅱ的过程中,频率不变,故该声波从介质Ⅰ进入介质Ⅱ时,其频率之比为1∶1。 [C组　培优选做练] 12.渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位,已知某超声波频率为1.0×105 Hz,某时刻该超声波在水中传播的波的图像如图所示。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (1)从该时刻开始计时,画出x=7.5×10-3 m处的质点做简谐运动的振动图像(至少一个周期); 答案:(1)图见解析　 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (1)因为超声波的频率为f=1.0×105 Hz,所以质点振动周期T==1.0×10-5 s,x=7.5×10-3 m处的质点在图示时刻处于波谷,所以可画出该质点做简谐运动的图像如图所示。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (2)现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为4 s,求鱼群与渔船间的距离(忽略渔船和鱼群的运动)。 答案: (2)3 000 m 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (2)超声波的频率为f=1.0×105 Hz,由波的图像可知超声波的波长λ=15×10-3 m,由v=λf可得超声波的速度v=15×10-3×1.0×105 m/s= 1 500 m/s。所以鱼群与渔船间的距离x= m=3 000 m。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 $$