3.4 波的反射与折射(Word教参)-【优化指导】2025-2026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 物理观念 科学探究 科学态度与责任 1.知道波的反射和折射现象。 2．知道波的反射和折射的规律。 　　通过观察水波的传播探究波的反射和折射的特点和规律。 　　了解波的反射和折射在实际生产生活中的应用，能够解释自然界中波的反射和折射现象。 [对应学生用书P76] 一、波的反射现象 1．在波的传播过程中，遇到两种介质的界面时返回到原介质继续传播的现象。 2．波面：由相位相同的点组成的面，波面与传播方向垂直。 3．波线：表示波的传播方向，相当于光线。 4．波的反射规律和光的反射定律类似：机械波在两种介质的界面处发生反射，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。 二、波的折射 1．波由一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生偏折的现象。 2．波由一种介质进入另一种介质时，频率不变，波速发生变化，所以波长发生变化。 1．一场大雪过后，人们会感到外面万籁俱静。这是怎么回事？难道是人的活动减少了吗？ 提示：刚积的雪是新鲜蓬松的，它的表面层有许多小气孔。当外界的声波传入这些小气孔时便要发生反射。由于气孔往往是内部大而口径小，所以仅有少部分波的能量能通过口径反射回来，而大部分的能量则被吸收掉了。所以不是人的活动减少了。 2．关于机械波的传播，判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)机械波在传播过程中，遇到障碍物时发生反射，入射波线与反射波线可能在法线同侧。(　　×　　) (2)“回声”是声波的反射现象。(　　√　　) (3)波在深水区与浅水区的波速相同，频率不同，波长不同。(　　×　　) (4)在春天里一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝，这是雷声在云层之间不断反射的结果。(　　√　　) [对应学生用书P77] 探究点一 波的反射 回音壁是北京天坛皇穹宇的围墙。墙壁是用磨砖对缝砌成的，墙头覆着蓝色琉璃瓦。围墙的弧度十分规则，墙面极其光滑整齐，对声波的反射是十分规则的。只要两个人分别站在东、西配殿后，贴墙而立，一个人靠墙向北说话，声波就会沿着墙壁连续反射前进，传到一二百米的另一端，而且声音悠长，堪称奇趣，给人造成一种“天人感应”的神秘气氛。所以称之为“回音壁”。 [问题设计] 声音碰到墙壁后会反射回来吗？在图中回音壁的前面大喊一声，在哪个位置能听到最强的反射音？反射遵循什么规律？ 提示：会。需要调整位置以听到最强的反射音。反射遵循反射定律。 1．波面：由相位相同的点组成的面。 通常，我们把从波源发出的波经过相同传播时间到达的各点所组成的面，称为波阵面或波面。 2．波线：用来表示波的传播方向的线称为波线，波线与各个波面总是垂直的。 3．反射定律 (1)物理学中，把波从一种介质传播到另一种介质表面时，返回原来介质传播的现象称为波的反射。 (2)反射定律：反射波的波线、入射波的波线和法线在同一平面内，反射波的波线和入射波的波线分别位于法线两侧，反射角等于入射角。反射波的波长、频率和波速都与入射波的相同。 【例1】 在探月任务中，“玉兔二号”月球车朝正下方发射一束频率为f的电磁波，该电磁波分别在月壤层的上、下表面被反射回来，反射波回到“玉兔二号”的时间差为Δt。已知电磁波在月壤层中传播的波长为λ，求该月壤层的厚度d。 答案：Δt 解析：电磁波在土壤中的传播速度满足v＝λf 根据题意可知2d＝v·Δt 解得土壤厚度d＝Δt。 [练1] 有一辆汽车以15 m/s的速度匀速行驶，在其正前方有一陡峭山崖，汽车鸣笛2 s后司机听到回声，求此时汽车距山崖的距离。(v声＝340 m/s) 答案：325 m 解析：设汽车由A到C的路程为s1，C点到山崖B的距离为s，声波由A到B再反射到C的路程为s2，因汽车与声波运动时间同为t，则有s2＝s1＋2s， 即v声t＝v汽t＋2s 所以s＝＝ m＝325 m。 探究点二 波的折射 如图所示，一队长长的骆驼队在沙漠中行走，白天近地面的气温较高，队伍后面的人的喊声，队伍前面的人往往听不到，而夜晚近地气温较低，队伍后面的人的喊声，队伍前面的人听得比较清楚。 [问题设计] 已知声速与气温有关，随着地面空气层的温度的变化传播方向发生变化，那么为什么沙漠中行驶的队伍在晚上能够比较清楚地听见喊声？ 提示：白天近地面的气温较高，声速较大，声速随离地面高度的增加而减小导致声音传播方向向上弯曲；夜晚地面温度较低，声速随离地面高度的增加而增加，声波的传播方向向下弯曲，这也是在夜晚声波传播得比较远的原因。 1．波的折射现象：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生了改变的现象叫作波的折射现象。 2．折射的基本规律 (1)当机械波由一种介质进入另一种介质中，频率不变，波速发生变化，波长随之发生变化。 (2)当波的传播方向与介面成一定的角度射入另一种介质中，过入射点与界面垂直的直线称为法线。 ①当入射速度大于折射速度时，折射波的波线折向法线。 ②当入射速度小于折射速度时，折射波的波线折离法线。 ③当波垂直界面入射时，传播方向不改变，属于折射中的特例。 (3)波发生折射的原因：波在不同介质中的速度不同。 【例2】 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。(由波的折射定律得＝，i和r分别为入射波的波线和折射波的波线与法线的夹角) (1)该波的折射角为多大？ (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之比为多少？ 答案：(1)30°　(2)2.08×105 km/s　(3) 解析：(1)由波的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)由波的折射定律得＝，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，所以＝＝＝。 [练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与光的折射规律类似，可表述为＝(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，入射角为i，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(　　) A． B． C． D． D　解析：画出波的传播示意图如图所示。 由题意＝＝，解得sin r＝sin i，由几何知识有sin r＝，解得h＝，D正确，A、B、C错误。 [对应学生用书P79] 1．(2023·新课标卷)船上的人和水下的潜水员都能听见轮船的鸣笛声。声波在空气中和在水中传播时的(　　) A．波速和波长均不同　 B．频率和波速均不同 C．波长和周期均不同 D．周期和频率均不同 A　解析：声波的周期和频率是由振源决定的，故声波在空气中和在水中传播的周期和频率均相同，但声波在空气和水中传播的波速不同，根据波速与波长关系v＝λf可知，波长也不同，A正确，B、C、D错误。 2．如图所示，1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，下列说法正确的是(　　) A．2代表的波与1代表的波的波长、频率相等，波速不等 B．2代表的波与1代表的波的波速、频率相等，波长不等 C．3代表的波与1代表的波的波速、频率、波长均相等 D．3代表的波与1代表的波的频率相等，波速、波长均不等 D　解析：1代表的波、2代表的波都在介质a中传播，故1代表的波、2代表的波的频率、波速、波长均相等，A、B错误；1代表的波、3代表的波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，C错误，D正确。 3．(多选)关于波的反射与折射，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、波长、波速均发生变化 D．波发生折射时，波的频率不变，但波长、波速均发生变化 BD　解析：波发生反射时，在同一种介质中传播，因此波长、波速和频率不变，A错误，B正确；波发生折射时，在不同介质中传播，波速发生变化，频率由振源决定，波的频率不变，由v＝λf可知波长发生变化，C错误，D正确。 4．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。 (1)从该时刻开始计时，画出x＝7.5×10－3 m处质点做简谐运动的振动图像；(至少一个周期) (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。(忽略船和鱼群的运动) 答案：(1)如图所示 (2)3 000 m 解析：(1)该波的周期为T＝＝1×10－5 s 由波的图像知，此时x＝7.5×10－3 m处的质点位于负的最大位移处，所以从该时刻开始计时，该质点的振动图像如图所示 (2)由波形图读出波长λ＝15×10－3 m 由波速公式得v＝λf 鱼群与渔船的距离x＝vt 联立代入数据得x＝3 000 m。 [课时梯级训练(18)见P160] 学科网（北京）股份有限公司 $$