第3.3节 机械波的反射和折射-【帮课堂】2024-2025学年高二物理同步学与练（沪科版2020上海选择性必修第一册）

第三章 机械波 3．3 机械波的反射和折射 课程标准 1. 了解机械波反射定律的内容。 2. 了解机械波折射定律的内容以及频率、波长和波速的变化规律。 物理素养 物理观念：建立机械波在传播过程中会发射反射和折射，并遵循一定规律的观念。 科学思维：从物理现象总结归纳内在规律的思维方法。 科学探究：机械波在折射时频率、波长和波速是否变化，如何变化？ 科学态度与责任：探索生活中的物理现象，勤于思考，体会物理知识在生活中的重要性。 一、波的反射 1．反射现象：波遇到介质界面会返回来继续传播的现象． 2．反射角与入射角 (1)入射角：入射波的波线与法线的夹角，如图中的α. (2)反射角：反射波的波线与法线的夹角，如图中的β. 3．反射定律：反射波线、法线、入射波线在同一平面内，且反射角等于入射角． 4．基本规律：波长、频率、波速都不变，只是传播方向改变 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。 （2）若物体在海面上发出的声音经过0.5 s听到回声，则海水深为多少？ （3）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？ 二、波的折射 1．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． 2．一切波都会发生折射现象． 3．波的折射 (1)折射角(γ)：折射波的波线与两介质界面法线的夹角γ叫做折射角．如图所示． (2)折射定律：入射波线、法线、折射波线在同一平面内，入射波线与折射波线分居在法线两侧。 入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中速度跟波在第二种介质中的速度之比， 即 ＝. 4．波的反射与折射的对比 波现象 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 (1)频率f由波源决定，故无论是反射还是折射都不变，即与波源的振动频率相同。 (2)波速v由介质决定，所以反射波速不变，折射波速改变。 (3)据v＝λf知，反射波波长不变．折射波波长改变。 例2. 下列说法正确的是（ ） A．入射波的波长大于折射波的波长 B．入射波的波长小于折射波的波长 C．入射波的波长和反射波的波长相等 D．入射角与折射角之比等于两波速之比 题型01 机械波反射和折射中的规律 例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 例4.（24-25高二上·上海·阶段练习）当波沿着介质传到边界时，除了会发生反射，一部分波会穿过边界进入另一种介质，并改变传播方向，这就是波的 。如图所示，在水槽底部放置一块玻璃板，使得水槽B区域的深度比A区域浅。由于水波在深水区和浅水区的传播速度不同，可将深水区和浅水区看作两种介质。波由深水区进入浅水区后波的传播速度 （选填“变大”、“变小”），传播方向也发生了变化。 1．（23-24高二上·上海黄浦·阶段练习）潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的 原理。水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的 现象。 2．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 3． 机械波在深度不同的A、B两部分水中传播某时刻的波形如图所示，图中明亮区域中间位置为波峰，A部分中波峰间距是B部分中波峰间距的2倍，已知B部分中波速为0.6m/s。则该机械波（　　） A．在B部分中更容易发生衍射现象 B在A部分中的波速为0.3m/s C．由A部分进入B部分频率变大 D．在两部分交界面发生了折射现象 4．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，根据发出和接收到的信号间的时间差，测出被测物体的速度．图乙中P1、P2是测速仪发出的超声波，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，则根据图乙可知，汽车在接收到P1、P2两个信号之间的时间内前进的距离是多少？汽车的速度是多少？ / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第三章 机械波 3．3 机械波的反射和折射 课程标准 1. 了解机械波反射定律的内容。 2. 了解机械波折射定律的内容以及频率、波长和波速的变化规律。 物理素养 物理观念：建立机械波在传播过程中会发射反射和折射，并遵循一定规律的观念。 科学思维：从物理现象总结归纳内在规律的思维方法。 科学探究：机械波在折射时频率、波长和波速是否变化，如何变化？ 科学态度与责任：探索生活中的物理现象，勤于思考，体会物理知识在生活中的重要性。 一、波的反射 1．反射现象：波遇到介质界面会返回来继续传播的现象． 2．反射角与入射角 (1)入射角：入射波的波线与法线的夹角，如图中的α. (2)反射角：反射波的波线与法线的夹角，如图中的β. 3．反射定律：反射波线、法线、入射波线在同一平面内，且反射角等于入射角． 4．基本规律：波长、频率、波速都不变，只是传播方向改变 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。 （2）若物体在海面上发出的声音经过0.5 s听到回声，则海水深为多少？ （3）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】(1)340　1 530　(2)382.5 m　(3)0.498 s 【解析】(1)由f＝得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)入射声波和反射声波用时相同，则海水深为 h＝v海＝1 530× m＝382.5 m (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. 二、波的折射 1．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． 2．一切波都会发生折射现象． 3．波的折射 (1)折射角(γ)：折射波的波线与两介质界面法线的夹角γ叫做折射角．如图所示． (2)折射定律：入射波线、法线、折射波线在同一平面内，入射波线与折射波线分居在法线两侧。 入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中速度跟波在第二种介质中的速度之比， 即 ＝. 4．波的反射与折射的对比 波现象 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 (1)频率f由波源决定，故无论是反射还是折射都不变，即与波源的振动频率相同。 (2)波速v由介质决定，所以反射波速不变，折射波速改变。 (3)据v＝λf知，反射波波长不变．折射波波长改变。 例2. 下列说法正确的是（ ） A．入射波的波长大于折射波的波长 B．入射波的波长小于折射波的波长 C．入射波的波长和反射波的波长相等 D．入射角与折射角之比等于两波速之比 【答案】C 【解析】入射波长和折射波长是相对于介质的，介质不确定，不能比较大小，AB错误； 反射波在同一种介质，波长不变，C正确； 折射定律是：入射角与折射角的正弦之比等于两波速之比，D错误。 题型01 机械波反射和折射中的规律 例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知，＝＝。故C选项正确。故选C。 例4.（24-25高二上·上海·阶段练习）当波沿着介质传到边界时，除了会发生反射，一部分波会穿过边界进入另一种介质，并改变传播方向，这就是波的 。如图所示，在水槽底部放置一块玻璃板，使得水槽B区域的深度比A区域浅。由于水波在深水区和浅水区的传播速度不同，可将深水区和浅水区看作两种介质。波由深水区进入浅水区后波的传播速度 （选填“变大”、“变小”），传播方向也发生了变化。 【答案】折射 变小 【详解】[1][2]当波沿着介质传到边界时，除了会发生反射，一部分波会穿过边界进入另一种介质，并改变传播方向，这就是波的折射。由图可见浅水区B区域的折射率大，由公式 所以波由深水区进入浅水区后波的传播速度变小。 1．（23-24高二上·上海黄浦·阶段练习）潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的 原理。水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的 现象。 【答案】 反射 折射 【详解】[1]潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理； [2]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．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 【答案】D 【解析】同一介质，频率，波长，波速均不变，所以1和2完全相同；1和3的介质不同，波速，波长不同，但频率决定于波源，所以频率相同，D正确。 3． 机械波在深度不同的A、B两部分水中传播某时刻的波形如图所示，图中明亮区域中间位置为波峰，A部分中波峰间距是B部分中波峰间距的2倍，已知B部分中波速为0.6m/s。则该机械波（　　） A．在B部分中更容易发生衍射现象 B在A部分中的波速为0.3m/s C．由A部分进入B部分频率变大 D．在两部分交界面发生了折射现象 【答案】D 【详解】波峰间距即为波长，所以，则在A部分中更容易发生衍射现象，A错误； BC. 波在两部分中传播时周期和频率不变，则，，在A部分中的波速为：vA=1.2m/s 选项BC错误； D. 波在两种介质中的传播速度不相等，则在两部分交界面发生了折射现象，选项D正确。 4．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，根据发出和接收到的信号间的时间差，测出被测物体的速度．图乙中P1、P2是测速仪发出的超声波，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，则根据图乙可知，汽车在接收到P1、P2两个信号之间的时间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之间的时间间隔Δt＝1.0 s，P1、P2之间有30个小格，得出每小格表示 s 第一列波的传播时间为t1＝×12 s＝ s，汽车第一次接收波的位置到测速仪的距离为： s1＝v＝340× m＝68 m 第二列波的传播时间为t2＝×9 s＝ s，汽车第二次接收波的位置到测速仪的距离为： s2＝v＝340× m＝51 m 汽车在接收到P1、P2两个信号之间的时间内前进的距离是Δs＝s1－s2＝17 m 汽车在接收到P1、P2两个信号之间的时间为Δt′＝×28.5 s＝0.95 s，（P1和n1中点到P2和n2中点） 汽车的速度是v′≈＝17.9 m/s. / 学科网（北京）股份有限公司 $$