第三章 4.波的反射与折射-【金版新学案】2024-2025学年新教材高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义配套课件（教科版2019）

4.波的反射与折射 　　　　 第三章 机械波 1.知道波的反射和折射现象。　 2.通过实验认识波的反射和折射现象及规律。　 3.学会解释生产生活中关于波的反射、折射现象。 素养目标 知识点一　波的反射现象 1 知识点二　波的折射现象 2 课时测评 4 随堂达标演练 3 内容索引 2 3 4 5 6 7 8 9 1 知识点一　波的反射现象 返回 自主学习 情境导学　我们在山中、在大的空房间里大声说话时，都会听到回声，这属于波的什么现象？ 提示：声波的反射。 教材梳理 (阅读教材P76—P78完成下列填空) 1．定义：波在传播的过程中，遇到两种介质的界面时返回到原介质继续传播的现象叫作波的反射。 2．波的反射定律：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两侧；反射角_____入射角。反射波线的波长、频率和波速都与入射波线_____。 同一平面内 等于 相同 合作探究 问题探究　利用如图所示的实验装置进行实验。固定绳的一端，用手握住绳的另一端，手向左抖动一次，你看到了什么现象？ 提示：当手向左抖动一次时，一个向左凸起的形状沿绳向另一端传去，如图(a)所示。当波遇到固定端时反射回来，可以看到反射波的波形，如图(b)所示。 角度一　波的反射现象 (多选)下列哪些现象是由声音的反射形成的 A．夏天下雨时，我们总是先看到闪电，后听到雷声 B．北京天坛的回音壁的回音现象 C．同样的声音在房间里比在旷野里听起来响亮些 D．在火车站候车大厅中，我们有时听不清播音员的声音 例1 √ √ √ 先看到闪电，后听到雷声，是由于光比声音传播得快，不是声音的反射，故A错误；声音可以同光一样，具有反射现象，选项B、C、D中描述的都是声音的反射现象。 针对练．下列关于波的反射的说法正确的是 A．反射波的波线与界面的夹角为反射角 B．入射波的波线与界面的夹角为入射角 C．入射波的波线与法线的夹角为入射角 D．在波的反射中，入射角随反射角的变化而变化 √ 入射波的波线与法线的夹角为入射角，反射波的波线与法线的夹角为反射角；在波的反射中，不能说入射角随反射角的变化而变化，只能说反射角随入射角的变化而变化，故C正确，A、B、D错误。 例2 角度二　波的反射的应用 (2023·湖南长沙高二期末)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 √ 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d＝ v(t1＋t2)＝ ×340×2.2 m＝374 m，故C正确。 声音传播时蝙蝠也在向前运动，设蝙蝠的速度为v1，声音的速度为v，蝙蝠发出超声波时到墙的距离为x 则有2x－v1t＝vt 解得x＝1.73 m 由v＝λf，解得λ＝ ＝ m≈7.56×10-3 m。 针对练．蝙蝠有完善的发射和接收超声波的器官，一只蝙蝠以6.0 m/s的速度垂直于墙飞行，且以f＝4.5×104 Hz的频率发射超声波，并经0.01 s接收到回声。若声速是340 m/s，求蝙蝠发射超声波时离墙的距离及蝙蝠所发出的超声波的波长。 答案：1.73 m　7.56×10-3 m 返回 知识点二　波的折射现象 返回 自主学习 情境导学　如图所示，我们对着家中的鱼缸大喊时会看见鱼缸中的鱼儿受到“惊吓”，好像听到了我们的喊声。这属于波的什么现象？ 提示：声波的折射。 教材梳理 (阅读教材P78—P79完成下列填空) 1．定义：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．波的折射特点：在折射中，波的频率保持不变，波速和波长都会发生变化，根据λ＝ ，当波进入新的介质后，若波速增大，则波长_____；若波速减小，则波长_____。 变大 减小 合作探究 问题探究　如图所示，水波从深水区进入浅水区。 (1)水波的波长发生了怎样的变化？ 提示：波长变短。 (2)水波的波速发生了怎样的变化？ 提示：波速变小。 (3)为什么发生这些变化？ 提示：深水区和浅水区为不同的传播介质。水波由深水区进入浅水区发生了折射。 例3 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， 设介质Ⅰ中的声速是340 m/s。 (1)求该声波在介质Ⅱ中传播时的频率。 答案：1 700 Hz 声波在介质Ⅰ中传播时，由v＝λf可得声波在介质Ⅰ中传播时的频率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)求该声波在介质Ⅱ中传播的速度。 答案：1 020 m/s 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)若声波垂直进入介质Ⅱ，经0.4 s返回介质Ⅰ，则介质Ⅱ的深度为多少？ 答案：204 m 声波经 ＝0.2 s传至介质Ⅱ底部，故介质Ⅱ的深度h＝v2· ＝1 020× 0.2 m＝204 m。 1．频率(f)由波源决定：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：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。 探究归纳 3．波长λ与波速v和频率f有关：由v＝λf知，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。如表所示。 波现象 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 探究归纳 4．折射率与折射定律 波从一种介质进入另一种介质时，在第一种介质中的传播方向(波线方向)与法线间的夹角叫作入射角(记为θ1)，波进入第二种介质 后，传播方向(波线方向)与法线的夹角叫作折射角(记为θ2)。n12＝ ＝ 即为折射定律，其中n12是一个只与两种介质的性质有 关、与入射角度无关的常数，叫作第二种介质对第一种介质的折射率，记作n12＝ 。 探究归纳 针对练．(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，波的频率、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 √ √ 波发生反射时，在同一种介质中传播，频率、波长和波速均不变，A错误，B正确；波发生折射时，从一种介质传播到另一种介质，波速发生变化，波的频率由波源决定，所以波的频率不变，由公式v＝λf可知，波长发生变化，C正确，D错误。 返回 随堂达标演练 返回 潜水艇利用声呐探测周围物体的分布情况，声呐采用的是超声波，超声波的方向性好，遇到障碍物容易反射，故A错误；隐形飞机在机身表面涂有高效吸收电磁波的物质，使雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，从而达到隐形的目的，故B正确；雷声轰鸣不绝是声波的多次反射形成的，故C正确；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，故D正确。 1．(多选)(选自鲁科版教材课后练习)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，用的是波的折射原理 B．隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的 C．雷声轰鸣不绝是声波的多次反射形成的 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 √ √ √ 2．机械波在传播过程中遇到障碍物时会发生反射，如果用射线表示波的传播方向，下列说法正确的是 A．入射线与反射线一定在同一平面内，法线与这一平面垂直 B．入射线与反射线可能在法线同侧 C．“回声”是声波的反射现象 D．“回声”是声波的折射现象 √ 波的反射遵守波的反射定律，即反射线在入射线和法线所决定的平面内，反射线和入射线分居法线两侧，故A、B错误；声波遇到障碍物时可发生反射，形成回声，因此“回声”是声波的反射现象，故C正确，D错误。 3．(多选)图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波，则下列说法中正确的是 A．1与2的波长、频率相等，但波速不等 B．1与2的波速、频率、波长均相等 C．2与3的波速、频率、波长均相等 D．2与3的频率相等，波速、波长均不等 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错误，B正确；2、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v＝λf得波长不同，C错误，D正确。 √ √ 4．(选自鲁科版教材课后练习)天空有近似等高的浓云层，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和由云层反射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。 已知空气中的声速v＝ km/s。 答案：2.0×103 m 如图所示，设A为爆炸处，O为观测者所在处，B为云层反射点，用h表示云层下表面的高度，用t1表示爆炸声直接经地面传到观测处所用的时间，则有d＝vt1用t2表示爆炸声经云层反射后到达O处所需时间，因为入射角等于反射角，故有 2 ＝vt2 已知t2－t1＝Δt 联立解得h＝2.0×103 m。 返回 课 时 测 评 返回 1．下列现象不属于反射现象的是 A．回声 B．夏日雷声轰鸣不绝 C．水波从深水区进入浅水区传播方向发生改变 D．在空房中讲话感到声音更响 √ 回声是声音在传播过程中遇到障碍物反射回来的现象；雷声轰鸣是波的反射；水波从深水区进入浅水区传播方向发生改变，是折射；空房中距离较小，回声和原声传播的时间间隔较短，混在一起加强了声音的效果，所以听起来更响，C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 声波由空气传入水中，频率不变，波速变大，由v＝λf知波长变大，选项B正确。 2．一列声波从空气传入水中，已知水中声速较大，则 A．声波频率不变，波长变小 B．声波频率不变，波长变大 C．声波频率变小，波长变大 D．声波频率变大，波长不变 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 3．一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∶4 C．1∶1　3∶1 D．1∶1　1∶3 同一列波，频率不变，由v＝λf得 ＝ ＝ ，故C正确。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 反射波和入射波在同一种介质中传播，故频率f和波速v均不变，而由公式λ＝ 得波长也不变，A、B、C正确；由于传播过程中能量的损耗，振幅会减小，D错误。 4．(多选)在波的反射过程中，反射波跟入射波相同的量是 A．波长 B．波速 C．频率 D．振幅 √ √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 设两悬崖A、B间距离为L，P点距A为x1＝85 m，声音由P点经A反射回到P点所用时间t1＝ ＝0.5 s，声音由P点经B反射回到P所用时间t2＝ ，而且有t2－t1＝0.5 s，故t2＝1 s，则x2＝ vt2＝170 m，则两悬崖间距离为L＝x1＋x2＝255 m，C正确。 5．已知声波在空气中传播速度为340 m/s，在两悬崖A、B之间距A为85 m处的P点鸣枪，听到最初两声回声时间间隔Δt＝0.5 s，则两悬崖间距离为 A．85 m B．170 m C．255 m D．340 m √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 6．(多选)如图为某列波从介质1入射到介质2的波线分布，已知该波在介质1中的周期为T1、频率为f1、波长为λ1、波速为v1，在介质2中的周期为T2、频率为f2、波长为λ2、波速为v2，则下列判断正确的是 A．T1＞T2 B．f1＞f2 C．v1＞v2 D．λ1>λ2 √ √ 折射现象中，折射前后波的周期与频率不变，A、B错误，从题图可知入射角i大于折射角r，由折射定律公式 ＝ 得，v1＞v2，C正确；由v＝λf知，λ1＞λ2，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 声波由空气进入另一种介质时，频率不变 由v＝λf 解得f≈1 133.3 Hz。 7．(10分)一声波在空气中的波长为30 cm，速度为340 m/s。当折射入另一种介质时，波长变为80 cm。求： (1)声波在这种介质中的频率； 答案：1 133.3 Hz 2 3 4 5 6 7 8 9 1 (2)声波在这种介质中的传播速度。 答案：906.7 m/s 因频率不变，有f＝ 解得v′≈906.7 m/s。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 8．(10分)(2023·湖北黄冈中学月考)如图甲是在高速公 路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出 并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收的信号间的 时间差，测出被测车辆的速度。图乙中P1、P2是测速 仪发出的超声波信号，n1、n2分别是P1、P2由汽车反 射回来的信号。设测速仪匀速扫描，P1、P2之间的时间间隔Δt＝1.0 s，超声波在空气中传播的速度是v＝340 m/s，若汽车是匀速行驶的，则汽车在接收到P1、P2两个信号的时间间隔内前进的距离是多少？汽车的速度是多少？ 答案：17 m　17.9 m/s 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 所以汽车接收到P1、P2两个信号之间的时间内前进的距离为x＝x1－x2＝17 m 汽车运行17 m的时间为汽车接收到P1、P2两个信号的时刻应分别对应于题图中P1n1的中点和P2n2的中点，其间有28.5个格，即汽车接收到P1、P2两个信号的时间间隔为t＝28.5× s＝0.95 s 故汽车的行驶速度v＝ ≈17.9 m/s。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 9．(10分)“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 律与光的折射规律类似，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时遵循的规律与光的反射规律相同。已知v2＝0.9v1，入射点与出射点之间的距离是d，入射角是i，肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行。求：肿瘤离肝表面的深度h为多少？ 答案： 2 3 4 5 6 7 8 9 1 返回 2 3 4 5 6 7 8 9 1 谢 谢 观 看 ！ 第三章 机械波 2 3 4 5 6 7 8 9 1 P1、P2间的刻度值为30个格，时间长为1 s，发出超声波信号P1到接收到反射信号n1间是12个格，则时间为t1＝12× s＝0.4 s 此时超声波前进的距离x1＝vt1＝68 m 发出超声波信号P2到接收到反射信号n2间是9个格，则时间为t2＝9× s＝0.3 s此时超声波前进的距离x2＝vt2＝51 m 超声波沿如图所示的路线传播，根据 ＝，又因为v2＝0.9v1，所以sin θ＝0.9sin i。又因为在直角三角形中，sin θ＝， 所以h＝。 $$