高中物理12.4波的反射和折射学案新人教版选修.doc

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§12.4 波的反射与折射

【学习目标】
⒈波的传播方向不确定必有两种可能解
⒉波形变化时间与周期关系不确定必有系列解
⒊波形移动距离与波长关系不确定必有系列解
【自主学习】
想一想：你知道当我们对着大山喊的时候为什么会回声缭绕吗？

你知道雷达是如何确定物体位置的吗？

填一填：机械波在介质中传播过程中，任何振动状态相同的质点

都组成了一个个圆叫做一个个波阵面或波面，与波面垂直的那些线

代表了波的传播方向，叫做波线。

填一填：惠更斯原理：介质中任一波面上的各点，都可以看作发射子波的波源，其后任意

时刻，这些子波在波前进方向的包络面便是新的波面；根据惠更斯原理，只要知道某一时刻

的波面和波速，就可以确定下一时刻的波面，从而确定波的传播方向。

点一点：由惠更斯原理可知，当波遇到障碍物时发生反射而继续传播，且反射角等于入射

角，在反射过程中波在同一介质中传播，故反射波的波长、频率、波速都与入射波相同。

点一点：如图 1 所示，当波从一种介质传播到另一种介质中时

波速发生了变化，由惠更斯原理可知：波的传播方向发生了变化，

即发生了波的折射现象，由几何关系可知： AB¢sinq1 = v1t ，


q1
A


q2


B


A


B

AB¢sin q2 = v2t ，则两式之比为： sinq1 = v1 ， v1 是一个只与


图1

sinq2 v2 v2

两种介质性质有关而与入射角度无关的常数， 第 2 种介质对第 1 种介质的折射率， n12

表示，则折射率可表示为： n12 =
叫做

v1 n = sinq1
v2 或 12 sinq2 。
用

填一填：如果第 2 种介质中的波速小于第 1 种介质中的波速，波在进入第 2 种介质后，传

播方向将向法线靠拢；如果第 2 种介质中的波速大于第 1 种介质中的波速，波在进入第 2

种介质后，传播方向将远离法线。

议一议：由以上分析可知，波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同。
典题·热题
知识点一 波的反射
例 1 一列波遇到障碍物，发生反射，反射后它的( )

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A.只有波长不变 B.只有波速不变
C.只有频率不变 D.波长、波速、频率均不发生变化
解析：波在发生反射时，入射波和反射波都在同一种介质中传播，所以入射波和反射波的波 速相等，由惠更斯原理可知子波源的频率与波源的频率是相等的，故入射波和反射波的频率 相等，从而二者的波长也是相等的.
答案：D
方法归纳 寻找波长、波速、频率之间的关系时，要找准物理量之间的决定关系，介质决定 波速，波由频率决定，而频率不变，故波长也不变.
知识点二 波的折射
例 2 一列声波从空气传入水中，已知水中声速较大，则( )
A.声波频率不变，波长变小
B.声波频率不变，波长变大 C.声波频率变小，波长变大 D.声波频率变大，波长不变
解析：由于波的频率由波源决定，因此波无论在空气中还是在水中频率都不变，C、D 两项 错.又因波在水中速度较大，由公式 v=lf 可得，波在水中的波长变大，故 A 选项错，B 选 项正确. 答案：B
例 3 某列波以 60°的入射角从甲媒质射到乙媒质的界面上同时发生反射和折射，若反射线 与折射线成 90°角，波在乙媒质中的波速为 1.2×105 km/s，求波在甲媒质的速度是多少？ 解析：根据题意找出入射角和折射角的角度，利用折射定律解答. 答案：入射角是 60°，折射角是 30°.

由折射定律得：

3

sin 60° v甲 sin 30° = v乙

v 甲=
sin 60°
sin 30°

v 乙= 2 ×1.2×105 km/s=
1
2
6
5

3 ×105 km/s.

巧解提示 画出反射与折射图，如图 12-4-4 所示，很形象直观，思路简洁.
图 12-4-4
知识点三 波的反射的实际应用
例 4 某人想听到自己发出的声音的回声，若已知声音在空气中的传播速度为 340 m/s，那么
他至少要离障碍物多远？（原声与回声区分的最短时间 0.1 s）
解析：在波的反射现象中，反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同，只有声波从人所 站立的地方到障碍物再返回来全部经历的时间在 0.1 s 以上，才能辨别出回声. 答案：设障碍物至少和人相距为 s，则应有 2s=vt.
vt 340 ´ 0.1

可得：s=
2=
2
m=17 m.

巧妙变式 某测量员是这样利用回声测距离的：他站在两平行峭壁间某一位置鸣枪，经过
1.00 秒钟第一次听到回声，又经过 0.50 秒钟再次听到回声.已知声速为 340 m/s，则两峭壁
间的距离为多少？（425 m）
例 5 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

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机听到回声，此时汽车距山崖的距离多远？（v 声=340 m/s）
解析：若汽车静止问题就简单了，现汽车运动，声音传播，因此画出汽车与声波的运动过程
示意图可以帮助我们找到思路.从汽车鸣笛到听到回声，汽车本身也往前行驶了一段位移.
答案：如图 12-4-5 所示为汽车与声波的运动过程示意图，设汽车由 A 到 C 路程为 s1，C 点
到山崖 B 距离为 s；声波由 A 到 B 再反射到 C 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=

(v声 - v汽 )t (340 -15) ´ 2
=


m=325 m.

2
2


图 12-4-5

1．人在室内讲话的声音比在室外空旷处讲话声音要宏亮，是因为( )
A.室内空气不流动 B.室内声音多次反射
C.室内声音发生折射 D.室内物体会吸收声音
2．关于声波，下列说法中正确的是 （ ）
A．空气中的声波是纵波，铁中的声波也是纵波
B．声波不仅能在空气中传播，也能在固体、液体和真空中传播
C．声音在水中传播的速度大于在空气中的传播速度
D．对于在空气中传播的声波来说，由 v=l·f，所以频率越高，声速也越大。
3.下面说法正确的是( )
A.入射波面与法线的夹角为入射角 B.入射波面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.入射角跟反射角相等
4．一列水波由深水区进入浅水区，入射角与界面夹角 300，折射角与界面夹角 450 角，则
下列说法正确的是（ ）
A．波在深水区与浅水区的波速相同，频率不同，波长不同
B．波在浅水区与深水区中传播时，波速、频率、波长都相同
C．深水区中的波速、波长比浅水区中小 D．深水区中的波速、波长比浅水区中大
5． 一列声波在第一种均匀介质中的波长为l1，在第二种均匀介质中的波长为l2，若
l1=2l2，则该声波在两种介质中的频率之比和波速之比分别为（ ）
A．2∶1，1∶1
B．1∶2，1∶4 C．1∶1，2∶1 D．1∶1，1∶2
6．到过海边的人都可以看到，当海风斜向吹向海岸时，海浪总是垂直拍击海岸，由此现象
可以判断（ ）
A．水波不遵循机械波的传播规律
B．水波遵循机械波的传播规律，上述现象是因为水波的折射而引起的
C．水波在深水区的传播速度大于在浅水区的传播速度 D．水波在深水区的传播速度小于在浅水区的传播速度
7．如图 1 所示为用超声波测速的装置，该仪器可以向正在平直公路上匀速行驶的汽车发出
一束短促的超声波（图甲中振幅较大的波形） 并 ，
且能收到反射回来的超声波（图甲中振幅较小的
波形） 将两种波形显示在屏幕上，相邻波形间的 ，

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图1