第4节 波的反射与折射（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

第4节　波的反射与折射 核心素养导学 物理观念 (1)知道波面、波线的概念。 (2)认识波的反射及折射现象，知道法线、入射角、反射角、折射角的含义。 科学思维 理解反射和折射定律或利用折射定律解释相关现象和计算有关问题。 科学探究 通过实验，认识波的反射和折射现象。 科学态度与责任 通过波的反射和折射的应用，体会物理知识在生产生活中的重要性，有较强的学习和研究物理的兴趣。 一、波的反射现象 1．定义：波在传播的过程中，遇到两种介质的界面时_____到原介质继续传播的现象。 2．波的反射遵循反射定律：机械波在两种介质的界面处要发生反射，反射波线与入射波线、法线位于___________，反射波线与入射波线位于法线的_____；反射角_____入射角。 二、波的折射现象 定义：波在传播过程中，从一种介质_____另一种介质时，波_____的 方向发生偏折的现象。如图所示。 返回 同一平面内 两侧 等于 进入 传播 提示：声波从空气中进入水中时，传播方向会发生偏折，属于声波的折射现象。 新知学习(一)|波的反射问题 [任务驱动] 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： (1)蝙蝠在夜间飞行是靠什么器官来导航的？ (2)蝙蝠利用了声波的什么现象？ 提示：(1)靠耳朵和发音器官来进行导航的。 (2)反射现象。　　　　 [典例体验] [典例]　随着我国经济的快速增长，旅游业迅速发展， 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，一艘小船以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，则悬崖离小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 [答案]　C /方法技巧/ 求解回声测距问题的技巧 (1)求解反射波的波速是解题的基础。若入射波和反射波在同一种均匀介质中传播，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＝vt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。 [针对训练] 1．(多选)下列现象中属于声波反射现象的是 (　 ) A．用声呐勘测海底地质地貌 B．音响设备制作时要考虑混响效应 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 解析：D选项是波的折射现象。A、B、C选项是属于声波反射现象。 答案：ABC 2．医用B超仪发出的超声波频率为7.25×104 Hz，这种超声波在 人体内传播的波长为2 cm，在给某患者的肝脏病变部分进行 检测时(如图)，从探头发出的同一超声脉冲波经病变部分反 射回到探头有两个信号，相隔时间为Δt＝32 μs，试计算患者病变部分的厚度。 答案：2.32 cm 新知学习(二)|波的折射问题 [重点释解] 1．波的反射与折射的比较 波在两介质的界面上发生反射和折射现象时，一些物理量相应发生了变化，比较如下： 　现象 比较项目　　　 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 2．关于频率和波速的三点说明 (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(波源的振动频率)相同。 (2)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；而折射波与入射波在不同介质中传播，所以波速变化。 (3)据v＝λf知，波长λ与v及f有关，即与介质及波源有关，反射波与入射波在同一介质中传播，频率相同，故波长相同。折射波与入射波在不同介质中传播，f相同，v不同，故λ不同。 [典例体验] [典例]　如图所示，某列波以60°的入射角由甲介质射到乙介 质的界面上同时产生反射和折射，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。 (1)该波的折射角为多少？ (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？ [针对训练] 1．(多选)如图所示，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、波速都相等 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 答案：AD 2．如图，a、b、c分别为入射波、反射波、折射波，已知入射波 波速v＝10 m/s，入射角θ1为30°，反射波线与折射波线相互 垂直，求折射波的速度。 答案：17.3 m/s 答案：2.0 km 科学探究——观察波的折射现象 2．(选自沪科版新教材“实验探究”)如图所示，在矩形的水槽底部一半区域内垫一块厚度均匀的玻璃板，形成深水区和浅水区。利用振动发生器激起水波，当水波从深水区传播到浅水区时，可以观察到如图所示的折射图样。 答案：C　 [微点拨]　波的折射规律：＝。 1．人们听不清对方说话时，除了让一只耳朵转向对方，还习惯性地把同侧的手附在耳旁，这样做是利用声波的什么特点提高耳朵的接收能力？ 提示：在耳廓原有形状、面积的基础上增加一个手的面积是为了增加波的反射来提高耳朵的接收能力。 2．如图所示，我们对着家中的鱼缸大喊，会看见鱼缸中的鱼儿的游泳速度发生突然变化，好像听到了我们的喊声。这属于波的什么现象？ [重点释解] 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)·。 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，从而确定飞行或游动方向。 [解析]　如图所示，小船发出鸣笛声在B处，旅客听到回声时位置在A处，即3 s内小船前进了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正确。 解析：超声脉冲波在进入到病变区的前后界面上会发生两次反射，忽略波速在肝脏中的速度变化，则有： v＝λf＝7.25×104×2×10－2 m/s＝1 450 m/s。 病变区厚度h＝v·Δt＝×1 450×32×10－6 m＝2.32 cm。 [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)由波的折射规律＝， 所以v甲＝·v乙＝·v乙＝×1.2×105 km/s≈2.08×105 km/s。 (3)因波长λ＝，又因为波在两种介质中的频率相同，则＝＝。 [答案]　(1)30°　(2)2.08×105 km/s　(3) 解析：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正确，B错误；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＝得波长不同，故C错误，D正确。 解析：由几何知识可知波的折射角θ2＝60°， 由折射定律：＝， v′＝v＝×10 m/s≈17.3 m/s。 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 科学思维——云层高度的估算 1．(选自鲁科版新教材课后练习)天空中有一片近似等高的浓云层，为了测量云层的高度，在水平地面上与观测者的距离为d＝3.0 km处进行一次爆炸，观测者听到由空气直接传来的爆炸声与由云层反射回来的爆炸声时间上相差Δt＝6.0 s。试估算云层下表面的高度。 解析：由题意画出其平面图如图所示。 设云层下表面的高度为h， 则云层反射来的爆炸声传播距离为s＝2， 声音反射传来的时间为t1＝， 声音直接传来的时间为t2＝， 则t1－t2＝Δt， 将数据代入以上各式得h＝2.0 km。 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 1．甲、乙两人平行站在一堵墙前面，二人相距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 解析：乙听到第一声枪响必然是甲放枪的声音直接传到乙的耳中，故t＝。甲、乙二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，由几何关系可得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。 2．“B超”可用于探测人体内脏的病变状况，如图是超声波从肝脏表面入射，经折射与反射，最后从肝脏表面射出的示意图。超声波在进入肝脏发生折射时遵循的规律可表述为＝(式中θ1是入射角，θ2是折射角，v1、v2分别是超声波在肝外和肝内的传播速度)，超声波在肿瘤表面发生反射。已知v2＝0.9v1，入射点与出射点之间的距离是d，入射角为i。假设肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行，则肿瘤离肝脏表面的深度h为多少？ 解析：根据波的折射、反射的规律，正确画出超声波折射和反射的示意图，如图所示，入射角为i，设折射角为r，根据题意，由几何关系得：tan r ＝， 根据波的折射规律：＝， 而v2＝0.9v1，解得：h＝。 答案： $$