第2节 波的反射和折射（导学案）物理鲁科版2019选择性必修第一册

2. 波的反射和折射 导学案 物理观念 能理解波的反射定律（反射角等于入射角）和折射定律（波速与折射角的关系），明确波在两种介质界面的传播规律，建立对波传播现象的物理认知。 科学思维 能通过分析水波的反射与折射实验现象，推导反射、折射规律的数学表达，解释回声、光的折射等相关现象，提升现象分析与逻辑推导能力。 科学探究 能参与 “探究水波的反射与折射” 实验，利用水槽、挡板等器材观察现象，测量入射角、反射角及折射角，验证波的反射和折射规律，提高实验操作与数据验证能力。 科学态度 与责任 通过了解波的反射与折射在声呐探测、光学仪器（如透镜）中的应用，认识其科学价值，培养运用物理规律解决实际问题的严谨态度与创新意识。 重点：掌握波的反射定律、折射定律及波速与介质的关系。 难点：结合波的传播规律解释反射/折射现象及推导折射关系。 【知识回顾】 1．波长λ (1)定义：在波的传播方向上，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离． (2)特征 ①在横波中，两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长． ②在纵波中，两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离等于波长． 2．周期T、频率f (1)周期(频率)：在波动中，各个质点的振动周期(或频率)也叫波的周期(或频率)． (2)周期T和频率f的关系：f＝. (3)波长与周期的关系：经过一个周期T，振动在介质中传播的距离等于一个波长。 3．波速 (1)定义：机械波在介质中的传播速度． (2)决定因素：由介质本身的性质决定，在不同的介质中，波速是不同(选填“相同”或“不同”)的． (3)波长、周期、频率和波速的关系：v＝＝λf。 【自主预习】 1．波的反射 (1)波的反射 波遇到障碍物会__返回来__继续传播的现象，叫作波的反射。 (2)反射定律 入射波线、法线、反射波线在__同一平面__内，且入射角__等于__反射角。如图所示。 2．波的折射 波从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生__改变__的现象，叫作波的折射。如图所示。 【思考交流1】 两百多年前，科学家做了一次实验。他们在一间屋子里横七竖八地拉了许多绳子，绳子上系着许多铃铛，然后把蝙蝠的眼睛蒙上，让它在屋子里飞。蝙蝠飞了几个钟头，铃铛一个也没响，那么多的绳子，它一根也没碰着。科学家接着做了两次实验：一次把蝙蝠的耳朵塞上，一次把蝙蝠的嘴封住，让它在屋子里飞。蝙蝠就像没头苍蝇似的到处乱撞，挂在绳子上的铃铛响个不停。 想一想：你知道蝙蝠夜间飞行的秘密吗？ 【问题体验1】 1. 请你写下生活中波的反射现象：_____________________________________________。 2. 右图为水波的反射，请你试着用光的反射定律作图，水波反射是否也遵循反射定律。 3. 波反射后仍在原来的介质中传播,因为______不变，因此波速保持不变。介质中各点均做_____运动,频率_____于波源频率,即反射波与入射波的频率相等,由λ=______，因此波长也不变。 【归纳总结1】反射规律： 1.入射线、法线、反射线在同一_____内，入射线与反射线分居___线两侧，反射角_____入射角。 2.反射波的波长、频率、波速都跟入射波_____同。 3.波遇到两种介质界面时，总存在____射 【问题体验2】 1.如图所示，在水槽底部放置一块玻璃板，使得水槽B区域的水比A区域浅。由于水波在深水区和浅水区的传播速度____同，可将深水区和浅水区看作____种介质。波由深水又进入浅水区后波的传播速度变____，传播_____也发生了变化。可以观察到图中所示的折射图样。 波的折射现象可与小车进入粗糙程度不同的区域运动方向发生偏折的情况类比。如图下图所示，灰色表示较光滑的硬地，绿色表示粗糙的草地。一辆无动力小车原本在硬地上沿着直线行驶，到达硬地和草地的交界处时，蓝色车轮先进入草地，阻力增大，蓝色车轮速度变____;红色车轮依旧在硬地上行驶，速度___变，车的行驶方向将发生偏转。小车完全进入草地后，继续沿着_____线行驶。在两种介质的分界面处，波的____射和___射往往同时发生。 2.与光的折射类比，在上图中画出水波的折射图。 【归纳总结2】 1. 波的折射：当波沿着介质传到边界时，除了会发生____射，一部分波会穿过边界进入另一种介质而改变传播方向。 2. 折射定律： （1）入射线、法线、折射线在___同平面内。 （2）入射线与折射线分居___线两侧。 （3）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的速度跟波在第二种介质中的速度之比______________________ （4）折射波的波速、波长发生___变 【思考交流2】 1.如图所示，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：刚下过的雪是新鲜蓬松的，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.如图所示，骆驼队白天在沙漠中行走时，队伍后面的喊声，队伍前面往往听不到，而夜晚就不同，听的比较清楚，这是什么原因？ 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地比较远的原因。 1．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，波速大小变小，波长变短 B．波发生反射时，波的频率、波长、波速大小均不变 C．波发生折射时，波的频率、波长、波速大小均发生变化 D．波发生折射时，波的频率发生改变，但波长、波速大小不变 【答案】B 【详解】AB．波发生反射时，波在同一种介质中传播，波的频率、波长、波速大小均不变，故A错误，B正确；CD．波发生折射时，波速发生变化，波的频率由波源决定，则波的频率不变，波长发生变化，故CD错误。故选B。 2.有一种简单测量声速的办法：如图所示，电子石英钟放在扩音机前，扩音机喇叭正对墙壁放出电子石英钟秒针走动时有节奏的“咔、咔”声（每相邻两个“咔”声相隔时间为T），让某同学站在墙壁和扩音机中间某位置，这位同学既能直接听到喇叭发出的声音，也能听到墙壁反射来的声音，只不过反射来的声音的音量更小一些，听到的声音节奏为“咔（强）——咔（弱）——咔（强）——咔（弱）……”当这位同学与墙的距离为L时（该同学与扩音机喇叭的距离大于2L），听到“咔（弱）”的时刻正好是两个“咔（强）”的中间时刻，则声速v的测量值为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】设扩音机与人相距，则人听到第一声咔（强）的时刻为 听到第二次咔（强）的时刻为 听到第一次咔（弱）的时刻为 已知，听到“咔（弱）”的时刻正好是两个“咔（强）”的中间时刻，即有 因此有 解得故选B。 3.甲、乙两人平行站在一堵墙前面，两人相距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 【答案】C 【详解】乙听到的第一声枪响必然是甲开枪的声音直接传到乙的耳中，故 甲、乙两人及墙的位置如图所示 乙听到的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 故第二声枪响传到乙的耳中的时间 故选C。 4．同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播，某时刻的波形曲线如图所示．以下说法正确的是（　　） A．声波在水中波长较大，b是水中声波的波形曲线 B．声波在空气中波长较大，b是空气中声波的波形曲线 C．水中质点振动频率较高，a是水中声波的波形曲线 D．空气中质点振动频率较高，a是空气中声波的波形曲线 【答案】A 【详解】波的频率取决于波源的振动频率，与介质无关，故同一音叉发出的声波在水中与在空气中传播时频率相同．但机械波在介质中传播的速度只取决于介质性质，与波的频率无关，声波在水中传播的速度大于在空气中传播的速度．由v＝λf知，声波在水中的波长应较大，对应于题图中波形曲线b，故只有A正确。 5.“超”可用于探测人体内脏的病变状况。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（式中是入射角，是折射角，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，入射点与出射点之间的距离是，入射角为，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为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】画出波的传播示意图如图所示 由题意 得 由几何知识有 解得 故D正确，ABC错误。故选D。 6．随着我国经济的快速增长，旅游事业迅速发展，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，一艘汽船以的速度在无风河面上航行，船上发出一声鸣笛，旅客在后听到前方悬崖反射回来的声音，问悬崖离汽船原来位置有多远？ 【答案】 【详解】如图所示，汽观船发出鸣笛声于B处，旅客听到回声位置在A处，即3s内汽船若警前进了A、B间距离l，则声波经过的距离．，得， 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 2. 波的反射和折射 导学案 物理观念 能理解波的反射定律（反射角等于入射角）和折射定律（波速与折射角的关系），明确波在两种介质界面的传播规律，建立对波传播现象的物理认知。 科学思维 能通过分析水波的反射与折射实验现象，推导反射、折射规律的数学表达，解释回声、光的折射等相关现象，提升现象分析与逻辑推导能力。 科学探究 能参与 “探究水波的反射与折射” 实验，利用水槽、挡板等器材观察现象，测量入射角、反射角及折射角，验证波的反射和折射规律，提高实验操作与数据验证能力。 科学态度 与责任 通过了解波的反射与折射在声呐探测、光学仪器（如透镜）中的应用，认识其科学价值，培养运用物理规律解决实际问题的严谨态度与创新意识。 重点：掌握波的反射定律、折射定律及波速与介质的关系。 难点：结合波的传播规律解释反射/折射现象及推导折射关系。 【知识回顾】 1．波长λ (1)定义：在波的传播方向上，振动相位总是 的两个相邻质点间的距离． (2)特征 ①在横波中，两个相邻 或两个相邻 之间的距离等于波长． ②在纵波中，两个相邻 或两个相邻 之间的距离等于波长。 2．周期T、频率f (1)周期(频率)：在波动中，各个质点的 也叫波的周期(或频率)． (2)周期T和频率f的关系： (3)波长与周期的关系：经过一个周期T，振动在介质中传播的距离等于 。 3．波速 (1)定义：机械波在 中的传播速度． (2)决定因素：由 本身的性质决定，在不同的介质中，波速是 (选填“相同”或“不同”)的． (3)波长、周期、频率和波速的关系：v＝ ＝ 。 【自主预习】 1．波的反射 (1)波的反射 波遇到障碍物会__ __继续传播的现象，叫作波的反射。 (2)反射定律 入射波线、法线、反射波线在__ __内，且入射角__ __反射角。如图所示。 2．波的折射 波从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生_ _的现象，叫作波的折射。如图所示。 【思考交流1】 两百多年前，科学家做了一次实验。他们在一间屋子里横七竖八地拉了许多绳子，绳子上系着许多铃铛，然后把蝙蝠的眼睛蒙上，让它在屋子里飞。蝙蝠飞了几个钟头，铃铛一个也没响，那么多的绳子，它一根也没碰着。科学家接着做了两次实验：一次把蝙蝠的耳朵塞上，一次把蝙蝠的嘴封住，让它在屋子里飞。蝙蝠就像没头苍蝇似的到处乱撞，挂在绳子上的铃铛响个不停。 想一想：你知道蝙蝠夜间飞行的秘密吗？ 【问题体验1】 1. 请你写下生活中波的反射现象：_____________________________________________。 2. 右图为水波的反射，请你试着用光的反射定律作图，水波反射是否也遵循反射定律。 3. 波反射后仍在原来的介质中传播,因为______不变，因此波速保持不变。介质中各点均做_____运动,频率_____于波源频率,即反射波与入射波的频率相等,由λ=______，因此波长也不变。 【归纳总结1】反射规律： 1.入射线、法线、反射线在同一_____内，入射线与反射线分居___线两侧，反射角_____入射角。 2.反射波的波长、频率、波速都跟入射波_____同。 3.波遇到两种介质界面时，总存在____射 【问题体验2】 1.如图所示，在水槽底部放置一块玻璃板，使得水槽B区域的水比A区域浅。由于水波在深水区和浅水区的传播速度____同，可将深水区和浅水区看作____种介质。波由深水又进入浅水区后波的传播速度变____，传播_____也发生了变化。可以观察到图中所示的折射图样。 波的折射现象可与小车进入粗糙程度不同的区域运动方向发生偏折的情况类比。如图下图所示，灰色表示较光滑的硬地，绿色表示粗糙的草地。一辆无动力小车原本在硬地上沿着直线行驶，到达硬地和草地的交界处时，蓝色车轮先进入草地，阻力增大，蓝色车轮速度变____;红色车轮依旧在硬地上行驶，速度___变，车的行驶方向将发生偏转。小车完全进入草地后，继续沿着_____线行驶。在两种介质的分界面处，波的____射和___射往往同时发生。 2.与光的折射类比，在上图中画出水波的折射图。 【归纳总结2】 1. 波的折射：当波沿着介质传到边界时，除了会发生____射，一部分波会穿过边界进入另一种介质而改变传播方向。 2. 折射定律： （1）入射线、法线、折射线在___同平面内。 （2）入射线与折射线分居___线两侧。 （3）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的速度跟波在第二种介质中的速度之比______________________ （4）折射波的波速、波长发生___变 【思考交流2】 1.如图所示，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？ 2.如图所示，骆驼队白天在沙漠中行走时，队伍后面的喊声，队伍前面往往听不到，而夜晚就不同，听的比较清楚，这是什么原因？ 1．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，波速大小变小，波长变短 B．波发生反射时，波的频率、波长、波速大小均不变 C．波发生折射时，波的频率、波长、波速大小均发生变化 D．波发生折射时，波的频率发生改变，但波长、波速大小不变 2.有一种简单测量声速的办法：如图所示，电子石英钟放在扩音机前，扩音机喇叭正对墙壁放出电子石英钟秒针走动时有节奏的“咔、咔”声（每相邻两个“咔”声相隔时间为T），让某同学站在墙壁和扩音机中间某位置，这位同学既能直接听到喇叭发出的声音，也能听到墙壁反射来的声音，只不过反射来的声音的音量更小一些，听到的声音节奏为“咔（强）——咔（弱）——咔（强）——咔（弱）……”当这位同学与墙的距离为L时（该同学与扩音机喇叭的距离大于2L），听到“咔（弱）”的时刻正好是两个“咔（强）”的中间时刻，则声速v的测量值为（　　） A． B． C． D． 3.甲、乙两人平行站在一堵墙前面，两人相距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 4．同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播，某时刻的波形曲线如图所示．以下说法正确的是（　　） A．声波在水中波长较大，b是水中声波的波形曲线 B．声波在空气中波长较大，b是空气中声波的波形曲线 C．水中质点振动频率较高，a是水中声波的波形曲线 D．空气中质点振动频率较高，a是空气中声波的波形曲线 5.“超”可用于探测人体内脏的病变状况。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（式中是入射角，是折射角，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，入射点与出射点之间的距离是，入射角为，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为（　　） A． B． C． D． 6．随着我国经济的快速增长，旅游事业迅速发展，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，一艘汽船以的速度在无风河面上航行，船上发出一声鸣笛，旅客在后听到前方悬崖反射回来的声音，问悬崖离汽船原来位置有多远？ 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $