第3章 第2节 波的反射和折射（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（鲁科版）

本讲义聚焦波的反射和折射核心知识点，先通过波面、波线概念构建基础，再阐述反射定律（反射角等于入射角、频率波长不变）和折射规律（波速变化、折射角与波速关系），最后结合回声测距等应用，形成从概念到规律再到应用的完整学习支架。 该资料以问题链（如反射折射中波的参数变化）引导科学思维，对比表格清晰呈现反射与折射异同，例题和课时对点练覆盖静态、动态情境（如声源运动测距），课中辅助教师引导学生模型建构，课后帮助学生通过练习巩固知识，提升科学推理和问题解决能力。

第2节　波的反射和折射 [学习目标]　1.通过观察及生活现象，知道机械波的反射和折射特点，掌握回声测距的方法(重点)。2.通过构建光线物理模型，分析、解释有关反射、折射的现象(重点)。 一、波的反射 1.波面和波线 (1)波阵面(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')：入射波的波线与反射面法线的夹角i叫作入射角。反射波的波线与反射面法线的夹角i'叫作反射角。 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。 (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　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)在(2)问的海水深度下，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。 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？ 答案　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。 (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2　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。 波在反射与折射的对比 波的反射 波的折射 传播方向 改变 可能改变，可能不变 频率f 不变 不变 波速v 不变 改变 波长λ 不变 改变 课时对点练 [分值：60分] [1~5题，每题5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折射形成的 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　AB 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错误；水波从深水区传到浅水区传播方向改变属于波的折射，D错误。 2.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 3.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。 4.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。 5.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。 [6题6分] 6.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。 7.(8分)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。 8.(9分)一只汽船以4 m/s的速度在无风河面上航行，船上发出一声鸣笛，旅客在3 s后听到前方悬崖反射回来的声音，问悬崖离汽船原来的位置有多远？ 答案　516 m 解析　如图所示，船于B处发出鸣笛声，旅客听到回声位置在A处，即3 s内汽船前进了A、B间距离l，则声波走过2s-l的距离。所以v声t=2s-l=2s-v船t， 得s== m=516 m。 9.(12分)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)(6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)3 000.0 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=3 000.0 m。 学科网（北京）股份有限公司 $