第三节 机械波的反射和折射（导学案）物理沪科版2020选择性必修第一册

该高中物理导学案围绕机械波的反射和折射展开，通过知识回顾（光的反射规律、波的波长等概念）与自主预习衔接，以思考与讨论（如水波反射现象）引导，构建从旧知到新知的学习支架。 其特色在于突出反射定律与光的统一性，强调折射中频率、波速、波长关系的逻辑实质，结合回声测距定量模型，通过例题与练习设计，培养学生物理观念和科学思维，提升解决实际问题的能力。

3. 机械波的反射和折射 导学案 了解波的反射和折射现象。 重点： 1. 机械波的反射定律及其与光反射的统一性。 2. 折射过程中“频率不变，波速与波长改变”的逻辑及物理实质。 3. 回声测距三种情形的定量分析模型。 难点： 1. 易混淆“反射时波速、波长不变”“折射时波速变→波长变”“频率恒由振源决定”之间的关系。 2. 实际测距相对运动对距离公式的推导与应用。 【知识回顾】 1．光的反射规律：反射光线、法线与入射光线在同一__________内，反射光线与入射光线分居__________两侧，反射角__________入射角。 2．在波的传播方向上，振动相位总是__________的两个__________质点间的距离叫做__________，用__________表示。 5．在波动中，各个质点的振动周期（频率）叫做____________________，两者的关系是__________。 6．机械波在介质中的传播速度叫__________，计算式____________________。波速由__________的性质决定，在同一种均匀介质中波速__________。 7．做受迫振动的物体，其振动频率__________驱动力的频率，即____________________。 【自主预习】 1．波的反射遵循反射规律：反射线、法线与入射线在同一__________内，反射线与入射线分居__________两侧，反射角__________入射角。 2．波在反射过程中__________、__________、__________都跟入射波相同。 3．波发生折射的原因：波在不同介质中的__________不同。 4．波的折射遵循折射规律：折射波与入射波的__________相同，折射波和入射波的__________和__________不同。 5．波的频率是由__________决定的，不论是反射还是折射，波的频率是__________的。 6．波速是由__________决定的。在反射时波速__________，在折射时波速__________。 7．波长是由__________和__________共同决定的。在反射时，波长__________；在折射时，波长__________。 思考与讨论： 我们知道，声音在传播过程中，遇到障碍物时会发生反射。对着远处的峭壁大喊一声会听到回声，就是声波在峭壁上反射的结果。生活中，你是否注意过水波的反射？波的反射应该遵从什么规律？ 1. 波的反射 （1）反射现象：波遇到介质界面（如水波遇到挡板）时会返回__________继续传播的现象。 （2）反射规律：反射线、法线与入射线在同一__________内，反射线与入射线分居__________两侧，反射角__________入射角。 （3）波在反射过程中__________、__________、__________都跟入射波相同。 （4）波遇到两种介质界面时，总存在__________。 2. 波的折射 （1）波的折射：光从一种介质进入____________________时会发生折射，同样，其他波从一种介质进入____________________时也发生折射。 （2）水波的折射：水波在__________不同的水域传播时，在交界面处发生__________。 （3）波发生折射的原因：波在不同介质中的__________不同。 （4）在波的折射中的规律 ①折射波与入射波的__________相同 ②折射波和入射波的__________和__________不同 3. 波的反射和折射对比 （1）波的反射遵从反射定律，即入射线、反射线及法线位于同一__________内，入射线、反射线分别位于__________的两侧，反射角__________入射角。 （2）波的频率是由__________决定的，介质中各个质点的振动都是__________振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是__________的。 （3）波速是由__________决定的。波反射时是在同一介质中传播，因此波速__________。波折射时是在不同介质中传播，因此波速__________。 （4）波长是由__________和__________共同决定的，即在波的反射中，由于波的__________和__________均不变，根据公式__________可知波长__________；在波的折射中，当进入新的介质中__________时，由__________可知波长__________，反之__________。 【例1】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 【例2】某测量员利用回声测距，他站在两平行竖直墙壁间某一位置鸣枪，经过1s第一次听到回声，又经过0.5s再次听到回声，已知声速为340m/s，则两墙壁间的距离为多少？ 【总结提升】回声测距的三种情况 1.当声源不动时，声波遇到了障碍物后会返回继续传播，反射波与入射波在同一介质中__________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__________，设经时间t听到回声，则声源到障碍物的距离为____________________。 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，声源发声时障碍物到声源的距离为____________________。 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，声源发声时障碍物到声源的距离为____________________。 课堂小结： 1．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，频率、波长、波速均发生变化 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 2．对于波长为100m的声波，下列说法正确的是（　　） A.在同一介质中，比波长为20 m的声波传播快 B.在空气中的频率比在水中大 C.声波能发生折射，但折射后频率发生变化 D.声波能发生反射，但反射后波速不变 3．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0.5s听到右边山坡反射回来的声音，又经过1.5s后听到左边山坡反射回来的声音，若声速为340m/s，则这个山谷的宽度约为（　　） A.170 m　　B.340 m C.425 m　　D.680 m 4．多姿多彩的波点缀着人类的生活。下列关于机械波的说法正确的是（　　） A．波的频率与波速无关 B．两个相邻且均处于平衡位置的质点间的距离为一个波长 C．对于纵波，质点的振动方向与波的传播方向一定相同 D．潜水艇利用声呐探测周围物体的分布情况，是利用波的折射原理 5．在海边游玩时我们会发现一个有趣的现象，平直的海浪从深水区传向海岸时，不管海岸线怎样的蜿蜒曲折，最终波速总是趋向于与海岸线垂直，海浪垂直拍打在沙滩上。这是因为水波速度在浅水区变小从而导致水波的传播方向发生改变，这种现象为波的（　　） A．折射 B．反射 C．干涉 D．衍射 6．如图所示为一列水波在深度不同的水域传播时发生的折射现象，与折射前相比，折射后波的（　　） A．波速变大 B．波速变小 C．频率变小 D．频率变大 7．（多选题）以下关于波的认识，正确的是（　　） A．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 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．超声波雷达的工作原理是利用波的折射 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 8．（多选题）对于波的折射现象下列说法正确的是（　　） A．当入射速度小于折射速度时，折射后波长变大 B．当波垂直于界面入射时，传播方向不改变，波速和波长都不改变 C．在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变 D．波发生折射时一定不会发生反射现象 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 在本节课的学习中，应用到了哪些物理方法？重点解决了哪些问题？ 4 / 5 学科网（北京）股份有限公司 $ 3. 机械波的反射和折射 导学案 了解波的反射和折射现象。 重点： 1. 机械波的反射定律及其与光反射的统一性。 2. 折射过程中“频率不变，波速与波长改变”的逻辑及物理实质。 3. 回声测距三种情形的定量分析模型。 难点： 1. 易混淆“反射时波速、波长不变”“折射时波速变→波长变”“频率恒由振源决定”之间的关系。 2. 实际测距相对运动对距离公式的推导与应用。 【知识回顾】 1．光的反射规律：反射光线、法线与入射光线在同一平面内，反射光线与入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角。 2．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叫做波长，用λ表示。 5．在波动中，各个质点的振动周期（频率）叫做波的周期（或频率），两者的关系是。 6．机械波在介质中的传播速度叫波速，计算式。波速由介质本身的性质决定，在同一种均匀介质中波速不变。 7．做受迫振动的物体，其振动频率等于驱动力的频率，即。 【自主预习】 1．波的反射遵循反射规律：反射线、法线与入射线在同一平面内，反射线与入射线分居法线两侧，反射角等于入射角。 2．波在反射过程中波长λ、频率f、波速v都跟入射波相同。 3．波发生折射的原因：波在不同介质中的速度不同。 4．波的折射遵循折射规律：折射波与入射波的频率相同，折射波和入射波的波速和波长不同。 5．波的频率是由振源决定的，不论是反射还是折射，波的频率是不改变的。 6．波速是由介质决定的。在反射时波速不变，在折射时波速改变。 7．波长是由频率和波速共同决定的。在反射时，波长不改变；在折射时，波长改变。 思考与讨论： 我们知道，声音在传播过程中，遇到障碍物时会发生反射。对着远处的峭壁大喊一声会听到回声，就是声波在峭壁上反射的结果。生活中，你是否注意过水波的反射？波的反射应该遵从什么规律？ 1. 波的反射 （1）反射现象：波遇到介质界面（如水波遇到挡板）时会返回原介质继续传播的现象。 （2）反射规律：反射线、法线与入射线在同一平面内，反射线与入射线分居法线两侧，反射角等于入射角。 （3）波在反射过程中波长λ、频率f、波速v都跟入射波相同。 （4）波遇到两种介质界面时，总存在反射。 2. 波的折射 （1）波的折射：光从一种介质进入另一种介质时会发生折射，同样，其他波从一种介质进入另一种介质时也发生折射。 （2）水波的折射：水波在深度不同的水域传播时，在交界面处发生折射。 （3）波发生折射的原因：波在不同介质中的速度不同。 （4）在波的折射中的规律 ①折射波与入射波的频率相同 ②折射波和入射波的波速和波长不同 3. 波的反射和折射对比 （1）波的反射遵从反射定律，即入射线、反射线及法线位于同一平面内，入射线、反射线分别位于法线的两侧，反射角等于入射角。 （2）波的频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是不改变的。 （3）波速是由介质决定的。波反射时是在同一介质中传播，因此波速不变。波折射时是在不同介质中传播，因此波速改变。 （4）波长是由频率和波速共同决定的，即在波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据公式可知波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由可知波长变大，反之变小。 【例1】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】 波线1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，故A、B错； 波线1、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，由得波长不同，故C错，D对. 【例2】某测量员利用回声测距，他站在两平行竖直墙壁间某一位置鸣枪，经过1s第一次听到回声，又经过0.5s再次听到回声，已知声速为340m/s，则两墙壁间的距离为多少？ 【答案】425m 【解析】 设两墙壁间的距离为s，测量员离较近的墙壁的距离为x，则他离较远的墙壁的距离为s－x， 第一次听到回声时， 第二次听到回声时， 其中，，代入数据解得：。 【总结提升】回声测距的三种情况 1.当声源不动时，声波遇到了障碍物后会返回继续传播，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，设经时间t听到回声，则声源到障碍物的距离为。 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，声源发声时障碍物到声源的距离为。 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，声源发声时障碍物到声源的距离为。 课堂小结： 1．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，频率、波长、波速均发生变化 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】C 【解析】 波发生反射时，在同一种介质中运动，因此波长、波速和频率都不发生变化；波发生折射时，频率不变，波长和波速均发生变化，故C正确，A、B、D错误。 2．对于波长为100m的声波，下列说法正确的是（　　） A.在同一介质中，比波长为20 m的声波传播快 B.在空气中的频率比在水中大 C.声波能发生折射，但折射后频率发生变化 D.声波能发生反射，但反射后波速不变 【答案】D 【解析】 机械波的传播速度由介质决定，波的频率由波源决定，与介质无关，所以折射后，波进入另一种介质，传播速度发生变化，反射后回到原来的介质，传播速度不变，故选项D正确。 3．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0.5s听到右边山坡反射回来的声音，又经过1.5s后听到左边山坡反射回来的声音，若声速为340m/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】 右边的声波从发出到反射回来所用时间为，左边的声波从发出到反射回来所用的时间为。山谷的宽度为(0.5+2)×340m＝425m。 4．多姿多彩的波点缀着人类的生活。下列关于机械波的说法正确的是（　　） A．波的频率与波速无关 B．两个相邻且均处于平衡位置的质点间的距离为一个波长 C．对于纵波，质点的振动方向与波的传播方向一定相同 D．潜水艇利用声呐探测周围物体的分布情况，是利用波的折射原理 【答案】A 【详解】A．波的频率由波源所决定，波速由介质所决定，故频率与波速无关，故A正确； B．两个相邻且均处于平衡位置的质点间的距离为半个波长，故B错误； C．质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波，叫作纵波，所以质点的振动方向与波的传播方向可能相同，也可能相反，故C错误； D．潜水艇利用声呐探测周围物体的分布情况，是利用波的反射原理，故D错误。 故选A。 5．在海边游玩时我们会发现一个有趣的现象，平直的海浪从深水区传向海岸时，不管海岸线怎样的蜿蜒曲折，最终波速总是趋向于与海岸线垂直，海浪垂直拍打在沙滩上。这是因为水波速度在浅水区变小从而导致水波的传播方向发生改变，这种现象为波的（　　） A．折射 B．反射 C．干涉 D．衍射 【答案】A 【详解】根据折射的定义知，海浪从深水区传向海岸时，水波速度在浅水区变小，从而导致水波的传播方向发生改变的现象为波的折射。 故选A。 6．如图所示为一列水波在深度不同的水域传播时发生的折射现象，与折射前相比，折射后波的（　　） A．波速变大 B．波速变小 C．频率变小 D．频率变大 【答案】B 【详解】CD．波的频率由波源决定，与介质无关，所以折射后频率不变，故CD错误； AB．由图可知水波在折射前传播时波长较长，折射后波长变短，根据可知，折射后波速变小，故A错误，B正确。 故选B。 7．（多选题）以下关于波的认识，正确的是（　　） A．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 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．超声波雷达的工作原理是利用波的折射 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】ABD 【详解】A．潜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正确； B．隐形飞机的原理是：通过降低飞机的声、光、电等可探测特征量，使雷达等防空探测器无法早期发现，所以隐形飞机可能在机身表面涂有高效吸收电磁波的物质，使用吸收雷达电磁波材料，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，很难被发现。故B正确； C．雷达的工作原理是利用波的反射。故C不正确； 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。故D正确。 故选ABD。 8．（多选题）对于波的折射现象下列说法正确的是（　　） A．当入射速度小于折射速度时，折射后波长变大 B．当波垂直于界面入射时，传播方向不改变，波速和波长都不改变 C．在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变 D．波发生折射时一定不会发生反射现象 【答案】AC 【详解】AC．波从一种介质进入另一种介质时周期频率是不变的，则当入射速度小于折射速度时，根据，折射后波长变大，即在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变，选项AC正确； B．当波垂直于界面入射时，传播方向不改变，但波速和波长都要改变，选项B错误； D．波发生折射时也可以在两种介质界面上发生反射现象，故D错误。 故选AC。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 在本节课的学习中，应用到了哪些物理方法？重点解决了哪些问题？ 7 / 7 学科网（北京）股份有限公司 $