第3章 第2节 波的反射和折射(Word教参)-【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（鲁科版）

本讲义聚焦高中物理“波的反射和折射”核心知识点，先以波面、波线概念为基础，区分球面波与平面波，再系统讲解波的反射定律（反射角等于入射角、频率波长不变）和折射规律（折射角与波速关系、频率不变），辅以概念辨析题、判断正误及回声测距专题作为学习支架。 该资料以科学探究为特色，通过水波槽实验引导观察反射折射现象，结合例题（如声波回声测距、不同介质中波速计算）培养科学推理能力，渗透运动和相互作用的物理观念。课中助力教师构建知识脉络，课后分考点对点练（反射应用、折射定律计算）帮助学生查漏补缺，强化知识应用。

第2节　波的反射和折射 [学习目标]　1.观察波面分别为球面和平面的水波，知道波面和波线的概念，理解球面波和平面波的概念。2.通过水波槽实验，知道波的反射的概念，掌握波的反射定律及其应用。3.知道波的折射现象，掌握波的折射规律。 一、波的反射 　　　　　　　　　　　　　　　　 1．波面和波线 (1)波振面(波面)：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，如图所示。 波面和波线 (2)波的分类 ①球面波：波面是球面的波。 ②平面波：波面是平面的波。 (3)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。 2．波的反射 (1)定义：物理学中，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。 (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。 入射角(i)和反射角(i′)：入射波的波线与平面法线的夹角i叫作入射角。反射波的波线与平面法线的夹角i′叫作反射角。 1．在波的反射现象中，反射波与入射波的频率相同吗？波长相同吗？ 答案　在波的反射现象中，反射波和入射波的频率都与波源的频率相同；反射时波在同种介质中传播，波速相同，由v＝λf可知，波长也相同。 2．人们听不清对方说话时，除了让一只耳朵转向对方，还习惯地把同侧的手附在耳旁，你能说出其中的道理吗？ 答案　当用手附在耳旁时，手就可以反射一部分声波进入人耳，以提高人耳的接收能力。 (1)波线一定是平行直线。(　×　) (2)波线有时候与波面垂直，有时候与波面平行。(　×　) (3)同一波源的不同波面上的各点振动周期相同。(　√　) (4)波在均匀介质中传播时，波线保持为直线。(　√　) 例1　下列关于波的反射的说法正确的是(　　) A．反射波面与法线的夹角为反射角 B．入射波线与界面的夹角为入射角 C．入射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　入射波线与法线的夹角为入射角，而反射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　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)求该波的频率和在海水中的波速。 (2)若物体在海面上发出的声音经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？(结果保留三位有效数字) 答案　(1)340 Hz　1 530 m/s　(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＝λf＝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 s＝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＝2s。 代入数据解得t≈0.498 s。 回声测距 1．当声源不动时，声波遇到了静止障碍物会被反射回来继续传播，由于反射波与入射波在同一介质中传播速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下，用的时间相等。设经过时间t听到回声，则声源距障碍物的距离为s＝v声。 2．当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时，声波遇到障碍物经时间t返回，声源发声时障碍物到声源的距离为s＝(v声＋v)。 3．当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离静止的声源时，声波遇到障碍物经时间t返回，声源发声时障碍物到声源的距离为s＝(v声－v)。 二、波的折射 1．波的折射：物理学中，我们把波在传播过程中，由一种介质进入另一种介质时传播方向发生偏折的现象，称为波的折射。 2．波的折射规律 (1)入射角：入射波的波线与法线的夹角，用i表示。 (2)折射角：折射波的波线与法线的夹角，用r表示。 (3)波的折射规律：＝，式中v1和v2分别是波在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的波速(如图所示)。 说明：波在两种介质的界面上发生折射的原因是波在不同介质中的传播速度不同。 波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，会发生折射现象，如图所示。 (1)波的折射现象中的入射波线和折射波线及法线具有什么特点？ (2)如果从介质1到介质2，波速、频率和波长是否发生变化？怎样变化？ (3)波从介质Ⅰ进入介质Ⅱ时，其入射角i，折射角r与波在两种介质中的波长λ1、λ2满足什么关系？ 答案　(1)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法线两侧。 (2)波的折射现象中，频率不变，波速和波长发生改变，从介质1到介质2波速减小波长变短。 (3)由＝及v＝λf，f不变，知＝。 (1)一切波都能发生折射现象。(　√　) (2)发生折射时，波的传播方向一定会发生改变。(　×　) (3)波发生折射时，波长、频率和波速都会发生变化。(　×　) 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，若介质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中传播的速度大小。 答案　(1)1 700 Hz　(2)1 020 m/s 解析　(1)声波在介质Ⅰ中传播时，由v1＝λ1f得 f＝＝ Hz＝1 700 Hz。 由于同一种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)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。 　　　　　课时对点练　[分值：100分] 1～7题每题7分，共49分 考点一　波的反射及应用 1．(多选)下列说法正确的是(　　) A．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，利用了波的反射原理 B．隐形飞机的表面涂上特殊隐形物质，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时传播方向发生改变的现象，是波的反射现象 答案　ABC 解析　声呐探测物体，利用了波的反射，A正确；隐形飞机表面涂的物质，能够吸收波，减少波的反射，B正确；雷声轰鸣不绝是由于波的多次反射形成，C正确；水波从深水区到浅水区传播方向改变属于波的折射，D错误。 2．下列说法中正确的是(　　) A．只有平面波的波面才与波线垂直 B．只有球面波的波面才与波线垂直 C．任何波的波线都表示波的传播方向 D．有些波的波面表示波的传播方向 答案　C 解析　不管是平面波，还是球面波，其波面与波线均垂直，选项A、B错误；任何波的波线都表示波的传播方向，选项C正确，选项D错误。 3．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　波的反射遵循波的反射定律，即反射线在入射线和法线所决定的平面内，入射线和反射线分居法线两侧，故A、B错误；声波遇到障碍物时，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。 4．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0.5 s听到右边山坡反射回来的声音，又经过1.5 s后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．170 m B．340 m C．425 m D．680 m 答案　C 解析　由d＝v·＋v·可得，山谷的宽度约为d＝425 m，故选项C正确。 考点二　波的折射定律 5.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　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、B错误；波发生折射时，频率不变，波速变，波长变，故C错误，D正确。 6.如图所示为一列机械波从一种介质进入另一种介质中发生的现象，已知波在介质Ⅰ中的波速为v1，波在介质Ⅱ中的波速为v2，则v1∶v2为(　　) A．1∶ B.∶1 C.∶ D.∶ 答案　C 解析　由波的折射规律＝，可知＝＝，故选项C正确。 7.声波从介质Ⅰ进入介质Ⅱ的折射情况如图所示，由图判断下面的说法正确的是(　　) A．若i>r，则声波在介质Ⅰ中的传播速度小于声波在介质Ⅱ中的传播速度 B．若i>r，则Ⅰ可能是空气，Ⅱ可能是水 C．若i>r，则Ⅰ可能是钢铁，Ⅱ可能是空气 D．在介质Ⅰ中的传播速度v1与在介质Ⅱ中的传播速度v2满足＝ 答案　C 解析　根据波的折射规律＝知，A、D错误；若i>r，则v1>v2，若Ⅰ是空气，则Ⅱ不可能是水，因为声波在空气中的传播速度比在水中的小，B错误；同理可知，C正确。 8～12题每题8分，共40分 8.(多选)如图所示，一机械波由介质Ⅰ射入介质Ⅱ，在界面MN上发生偏折。下列说法正确的是(　　) A．波在介质Ⅰ中传播的速度大 B．波在介质Ⅱ中传播的速度大 C．波在介质Ⅰ中和介质Ⅱ中传播的速度之比为 D．波在介质Ⅱ中和介质Ⅰ中传播的速度之比为 答案　BD 解析　由波的折射定律＝可知v1＜v2，且＝＝＝，故B、D正确。 9．一列波以60°的入射角入射到两种介质的界面，反射波线刚好与折射波线垂直，若入射波的波长为0.6 m，＝1.732，则反射波和折射波的波长分别为(　　) A．0.6 m,0.35 m B．0.6 m,0.6 m C．0.35 m,0.6 m D．0.35 m,0.35 m 答案　A 解析　反射波与入射波在同一介质中传播，波速和频率都相同，由波速公式v＝λf分析得知两波的波长相同，即反射波的波长为0.6 m。已知入射角i＝60°，由题可知，折射角r＝30°。设入射波的波长为λ0，折射波的波长为λ，根据折射定律有＝，代入数据解得λ≈0.35 m。故选A。 10.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，已知声波在水中的传播速度大于在空气中传播的速度，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 解析　波的频率取决于波源的振动频率，与介质无关，故相同音叉发出的声波在水中与在空气中传播频率相同。机械波在介质中传播的速度只取决于介质的性质。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，声波在水中的波长较大，对应于题图中波形曲线b。故选项A正确。 11．(2023·湖南衡阳县第四中学高二开学考)甲、乙两人平行站在一堵墙前面，二人相距2a，距离墙的垂直距离均为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 解析　乙听到第一声枪响必然是甲开枪的声音直接传到乙的耳中，设枪声的传播速度为v，故t＝。由甲、乙两人及墙的位置可知，乙听到第二声枪响必然是墙反射的枪声，由反射定律可知，波线如题图中AC和CB，由几何关系可得AC＝CB＝2a，故第二声枪响传到乙的耳朵中的时间为t′＝＝＝2t。故选C。 12．(8分)(2023·上海市第三女子中学高二期中)如图________(选填“a”或“b”)所示是水波的反射现象。机械波发生折射时，传播方向发生改变，但________(选填“波速”“波长”或“频率”)不变。 答案　a　频率 解析　反射波线与入射波线关于法线对称，所以图a所示是水波的反射现象。机械波发生折射时，传播方向发生改变，但频率不变。 13．(11分)(2023·海南琼海市嘉积中学高二期末改编)渔船常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)(5分)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)(6分)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(忽略渔船和鱼群的运动)。 答案　(1)见解析图　(2)3 000 m 解析　(1)因为超声波的频率为f＝1.0×105 Hz，所以质点振动周期T＝＝1.0×10－5 s，x＝7.5×10－3 m处质点在计时开始时刻处于波谷，所以可画出该质点做简谐运动的振动图像如图所示。 (2)因为超声波的频率为f＝1.0×105 Hz，由波的图像可知超声波的波长λ＝15×10－3 m，由v＝λf可得超声波的速度v＝λf＝15×10－3×1.0×105 m/s＝1 500 m/s。所以鱼群与渔船间的距离d＝＝ m＝3 000 m。 学科网（北京）股份有限公司 $