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教师用书word（教科版2019）

4.波的反射与折射 【素养目标】　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。 知识点一　波的反射现象 [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。 (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、法线位于同一平面内，反射波线与入射波线位于法线两侧；反射角等于入射角。反射波线的波长、频率和波速都与入射波线相同。 [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。 学生用书第89页 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 答案：BCD 解析：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 答案：C 解析：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。 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 答案：C 解析：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。 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 解析：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。 知识点二　波的折射现象 [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。 (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，则波长变大；若波速减小，则波长减小。 [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？ (2)水波的波速发生了怎样的变化？ (3)为什么发生这些变化？ 提示：(1)波长变短。 (2)波速变小。 (3)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。 学生用书第90页 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。 (2)求该声波在介质Ⅱ中传播的速度。 (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：(1)1 700 Hz　(2)1 020 m/s　(3)204 m 解析：(1)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)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)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。 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 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＝。 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 答案：BC 解析：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。 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 答案：BCD 解析：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。 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 答案：C 解析：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。 学生用书第91页 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 答案：BD 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 解析：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。 (时间：45分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－6题，每题5分，共30分) 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 答案：C 解析：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。 2．一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 答案：B 解析：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。 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 答案：C 解析：同一列波，频率不变，由v＝λf得＝＝，故C正确。 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 答案：ABC 解析：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。 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 答案：C 解析：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。 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 答案：CD 解析：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。 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； (2)声波在这种介质中的传播速度。 答案：(1)1 133.3 Hz　(2)906.7 m/s 解析：(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。 (2)因频率不变，有f＝ 解得v′≈906.7 m/s。 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 解析：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 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。 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： 解析：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＝。 学科网（北京）股份有限公司 $$