(共34张PPT)
内容索引
01
02
课前篇 自主预习
课堂篇 探究学习
学习目标 思维导图
1.通过观察水波的反射和折射,知道波传播到两种介质交界面时会发生反射和折射,知道波面、波线的概念。(物理观念)
2.掌握波的反射定律、折射定律。(科学思维)
课前篇 自主预习
自主阅读
一、波的反射
1.波面和波线
(1)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。
(2)波线:用来表示波的传播方向的线,波线与各个波面总是垂直的。
2.波的分类
(1)球面波:波面是球面的波,如空气中的声波。
(2)平面波:波面是平面的波,如水波。
3.波的反射
(1)反射现象: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:如图所示,反射波线、入射波线和法线在同一平面内,反射波线和入射波线分别位于法线的两侧;反射角等于入射角。
波反射示意图
(3)反射波的特点:反射波的波长、波速和频率都与入射波的相同。
二、波的折射
1.折射现象: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。
2.折射定律:如图所示,波发生折射时,入射角i和折射角r与波速之间满足 ,式中v1和v2分别是波在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的波速。
波折射示意图
自我检测
1.正误判断
(1)只有平面波的波面才与波线垂直。( )
答案 ×
(2)任何波的波线与波面都相互垂直。( )
答案 √
(3)反射波的频率、波速与入射波相同。( )
答案 √
(4)折射波的频率、波速与入射波相同。( )
答案 ×
2.(多选)下列叙述属于波的反射现象的是( )
A.在空房间里讲话,会感到声音比在野外响
B.水波从深水区入射到浅水区方向变化
C.讲话者又听到自己的回声
D.声波从空气中进入水中速度变大
答案 AC
课堂篇 探究学习
探究一
波的反射及其应用
情境探究
人们听不清对方说话时,除了让一只耳朵转向对方,还习惯性地把同侧的手附在耳旁,这样做是利用声波的什么特点提高耳朵的接收能力
要点提示 在耳朵原有形状、面积的基础上增加一个手的面积是为了增加波的反射来提高耳朵接收到声波的强度。
知识归纳
1.对波的反射的理解
(1)波发生反射时波的传播方向发生了变化。
(2)反射波和入射波在同一介质中传播,介质决定波速,因此波速不变,波的频率是由波源决定的,因此波的频率也不改变,根据公式λ= ,可知波长也不改变。
2.波的反射现象的应用
(1)回声测距:
①当声源不动时,声波遇到了障碍物会返回来继续传播,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,经历的时间相等,设经时间t听到回声,则声源距障碍物的距离为
(2)超声波定位:
蝙蝠能发出超声波,超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来,蝙蝠就根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物位置,从而确定飞行方向。另外海豚、雷达也是利用波的反射来定位或测速的。
波在同一种均匀介质中传播时波速不变。
典例剖析
例题1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后司机听到回声,此时汽车距山崖的距离有多远 (v声=340 m/s)
解析 汽车匀速行驶,速度为v车=15 m/s,声音在空气中传播速度不变。汽车从发出笛声到接收到笛声,二者运动时间相同。如图所示。
设汽车在A点发出笛声,A点到山崖B的距离为x1,汽车运动到C点接收到笛声,设AC距离为x2,CB距离为x,因二者运动时间相同,则有x1=x2+x①
x1+x=v声t=340 m/s·t②
x2=v车t=15 m/s·t③
联立①②③得x=325 m。
答案 325 m
技巧点拨声波反射的应用技巧
(1)利用反射定律解决实际问题,主要是利用声波的直线传播及其反射特点,考查匀速直线运动规律的应用。
(2)利用声波的反射测量距离、速度是此类问题的重 点,应利用声波的直线传播和反射定律作出声波传播的示意图,再结合几何关系求解。
变式训练1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 m。
解析 右边的声波从发出到反射回来所用时间为t1=0.5 s,左边的声波从发出到反射回来所用的时间为t2=2 s。山谷的宽度为 ×340 m=425 m。
答案 425
探究二
对波的折射的理解
情境探究
一列水波在深度不同的水域传播时,在交界面处将发生方向的改变,那么波的频率、波长和波速变化吗
要点提示 频率不变,波长和波速变化。
知识归纳
1.波的反射、折射现象中各量的变化
(1)波在两种介质的界面上会同时发生反射现象和折射现象,一些相关物理量变化如下:
比较项目 波的反射 波的折射
传播方向 改变i=i' 改变r≠i
频率f 不变 不变
波速v 不变 改变
波长λ 不变 改变
(2)说明:
①频率f由波源决定,故无论是反射波的频率还是折射波的频率都等于入射波的频率。
②根据v=λf,波长λ与v及f有关,即与介质和波源有关,反射波与入射波在同一介质中,波速相同、频率相同,故波长相同。折射波与入射波在不同介质中传播,v不同,f相同,故λ不同。
2.对折射定律的理解
(2)理解
①折射的原因是波在两种介质中的传播速度不同。
②由于波在同一种介质中的波速是一定的,所以 是一个只与两种介质的性质有关、与入射角、折射角均无关的常数。
③当v1>v2时,i>r,折射波的波线靠近法线;当v1例题2如图所示,某列波以60°的入射角由甲介质射到乙介质的界面上同时发生反射和折射,若反射波的波线与折射波的波线的夹角为90°,此波在乙介质中的波速为1.2×105 km/s。问:
(1)该波的折射角为多大
(2)该波在甲介质中的传播速度为多少
解析 (1)由反射定律可得反射角为60°,由题图的几何关系可得折射角为r=30°。
答案 (1)30° (2)2.08×105 km/s
规律方法 处理波的折射问题的方法
(1)弄清折射现象发生的条件:当波从一种介质斜射入另一种介质时,波才发生折射现象。(当波垂直入射时不发生折射现象)
(2)抓住入射波与折射波的区别与联系:波的频率相同、波速不同、波长不同。
(3)计算时,注意公式“ ”中角度与速度的对应关系,利用几何关系寻找i和r的关系;另外,可结合v=λf及频率不变的特点,将公式转化为波长与角度的关系“ ”,然后解决有关波长的问题。
变式训练2如图所示,某列波以60°的入射角由甲介质射到乙介质的界面上同时发生反射和折射,若反射波的波线与折射波的波线的夹角为90°。求:该波在甲、乙介质中的波长之比。
当堂检测
1.(多选)以下关于波的认识,正确的是( )
A.潜水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吸波材料,是为了减少波的反射,从而达到隐形的目的
C.雷达的工作原理是利用波的直线传播
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
解析 声呐、雷达都是利用接收反射波来进行定位,A正确,C错误;隐形飞机是通过减少波的反射达到隐形的目的,B正确;水波的传播方向发生改变属于波的折射现象,D正确。
答案 ABD
2.(多选)当一列水波从深水区域进入浅水区域时,下列说法正确的是( )
A.若入射角一定,则折射角一定
B.若入射角变化,则折射角变化,但其正弦之比不变
C.若入射角变化,则折射角变化,但其正弦之比可能增大
D.若入射角变化,则折射角变化,但其正弦之比可能减小
答案 AB
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
解析 波1、2都在介质a中传播,故1、2的频率、波速、波长均相等,A、B错;波1、3是在两种不同介质中传播,波速不同,但波源没变,频率相等,由λ=
得波长不同,故C错,D对。
答案 D第3章机械波
第2节 波的反射和折射
课后篇巩固提升
必备知识基础练
1.已知空气中的声速为340 m/s。现有几种声波:①周期为0.05 s,②频率为104 Hz,③波长为10 m。它们传播时若遇到宽约为13 m的障碍物,能产生显著的衍射现象的是( )
A.①和② B.②和③ C.①和③ D.都可以
解析①②③三种声波的波长分别为λ1=340×0.05 m=17 m,λ2=0.034 m,λ3=10 m,根据发生明显衍射现象的条件可知,①③两声波的波长与障碍物的尺寸差不多,能产生明显的衍射现象,故选项C正确。
答案C
2.(多选)下列现象属于声波反射现象的是( )
A.隔着墙能听到房间外面有人讲话
B.音响设备制作时要考虑混合效应
C.夏日的雷声有时轰鸣不绝
D.在水里的人能听到岸上的声音
答案BC
3.(多选)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、波速均不变
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
解析波发生反射时,在同一种介质中运动,因此波长、波速和频率不变;波发生折射时,频率不变,波速变,波长变。
答案BC
4.
右图是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、Ⅱ的波长之比为,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.
解析由v=λf得。
答案C
5.甲、乙两人平行站在一堵墙前面,二人相距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
解析乙
听到第一声枪响必然是甲放枪的声音直接传到乙的耳中,故t=。甲、乙二人及墙的位置如图所示,乙听到第二声枪响必然是墙反射的枪声,由反射定律可知,波线如图中AC和CB所示,由几何关系可得AC=CB=2a,故第二声枪响传到乙的耳中的时间t'==2t。
答案C
关键能力提升练
6.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 (能够区分原声与回声的最短时间为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。设障碍物至少和人相距为s,则应有2s=vt,可得:s= m=17 m。
答案17 m
7.一木匠在房顶上用铁锤钉钉子,有一位过路者在观察,他看到锤子举到最高点时,也恰好听到敲打声,他抬手看了看手表,木匠敲了8下用时4 s,他便很快估计出他到木匠的最小距离不小于85 m,设声速为340 m/s,木匠上举和向下放锤的时间相等,说说旁观者用的方法,写出他到木匠距离的表达式。
解析由题意知木匠举锤的时间t= s=0.25 s,最短距离x=vt=340×0.25 m=85 m。而由于敲打的周期性,听到敲击声的时间跟锤子举到最高点之间的时间关系为t'=(2n+1) s,因而可能的距离x'=vt'=85(2n+1) m(n=0,1,2,…)。
答案x=85(2n+1) m(n=0,1,2,…)
