3.2 波的反射和折射课件（34张PPT）

(共34张PPT)
第2节　波的反射和折射
一、波的反射
【思考】在黑夜中,蝙蝠能准确地找到障碍物或捕食目标的位置,那么它依靠的是什么
提示: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。蝙蝠就是根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或捕食目标的位置,从而确定飞行方向。
1.几个概念:
(1)波阵面:也叫_____,是从波源发出的波,经过相同_________到达的各点所组成的面,如图所示。
波面
传播时间
(2)球面波:波面是_____的波,如空气中的声波。
(3)平面波:波面是_____的波,如水波。
(4)波线:用来表示波的_________的线,波线与各个波面总是_____(选填
“垂直”或“平行”)的。
2.波的反射:
(1)概念:波从一种介质传播到另一介质表面时,返回_________传播的现象。
(2)反射定律:反射波的波线、入射波的波线和_____在同一平面内;反射波
的波线和入射波的波线分别位于_____的两侧;反射角等于_______。
球面
平面
传播方向
垂直
原来介质
法线
法线
入射角
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_________发生
偏折的现象。
2.折射定律: ,式中v1和v2分别是___________和_______中的波速。
传播方向
波在介质Ⅰ
介质Ⅱ
关键能力·素养形成
一　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,反射波和入射波在同
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)当声源和物体以相对速度v靠近或远离时,若t1时刻发出的声波经过时间
Δt1听到回声,t2时刻发出的声波经过时间Δt2听到回声,则s1=v声 是t1+
时刻物体距声源的距离,s2=v声 是t2+ 时刻物体距声源的距离,物体靠近
或远离声源的速度v=
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的位置,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和测速的。
【特别提醒】(1)波的反射现象中反射波和入射波是在同一种介质中的传播现象,波的传播速度不变。
(2)利用回声测距时首先要明确声源和障碍物的运动情况,再选择不同的公式进行计算。
【思考·讨论】
蝙蝠的视觉很不发达,而它却可以在夜间准确而敏捷地捕捉飞虫和躲避障碍物,能做圆形转弯、急刹车和快速变换飞行速度等多种“特技飞行”。请问:
(1)蝙蝠在夜间飞行是靠什么器官来导航的 (物理观念)
(2)蝙蝠利用了声波的什么现象 (物理观念)
提示:(1)不是靠眼睛看的,而是靠耳朵和发音器官来进行导航的。(2)反射现象。
【典例示范】
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①，又经过1.5 s后听到左边山坡反射回来的声音②，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
【审题关键】
序号 信息提取
① 探险者距离右边山坡近
② 从左边山坡反射回来的声波所用的时间为2 s
【解析】选C。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d= v(t1+t2)
= ×340×2.5 m=425 m;故C正确。
【规律方法】明确回声测距问题的技巧
(1)明确反射波的波速是解题的基础。
波在同一种均匀介质传播过程中反射,则反射波的波速与入射波相同。
(2)正确画出声波及物体运动过程的几何关系图是解题的突破口。
(3)由s=v t求得声波及物体运动的距离并列出几何关系方程是解题的关键。
【素养训练】
1.夏天听到雷声隆隆不绝,是由于 (　　)
A.声波在云层多次反射造成的
B.声波透进云层发生折射造成的
C.云层之间发生多次放电造成的
D.以上说法都不对
【解析】选A。雷声隆隆不绝,我们好像听到了多个雷声,实际是一次声音在云层中多次反射,传到人耳中有时间间隔造成的。
2.下列叙述不属于波的反射现象的是 (　　)
A.潜水艇利用声呐探测周围物体的分布情况
B.隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质
C.通过雷达发现目标位置
D.墙里说话墙外听
【解析】选D。潜水艇利用波的反射原理使用声呐探测周围物体的分布情况,A属于;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,B属于;雷达的工作原理是利用波的反射,C属于;墙里说话墙外听属于波的衍射现象,不属于波的反射现象,故选D。
【补偿训练】
人耳只能区分相差0.1 s以上的两个声音,人要听到自己讲话的回声,人离障碍
物的距离至少要大于(已知声音在空气中的传播速度为340 m/s) (　　)
A.34 m　　　 B.17 m
C.100 m D.170 m
【解析】选B。从人讲话到声音传到人耳的时间取0.1 s时,人与障碍物间的距
离最小。单程考虑,声音从人传到障碍物或从障碍物传到人耳时t= s=
0.05 s,故人离障碍物的最小距离x=vt=340×0.05 m=17 m,故B正确。
二　波的折射现象
1.波的反射、折射现象中各量的变化:
波向前传播,在两种介质的界面上同时发生了反射现象和折射现象,一些物理量相应地发生变化,比较如下:
波现象
比较项 波的反射 波的折射
传播方向 改变θ反=θ入 改变θ折≠θ入
频率f 不变 不变
波速v 不变 改变
波长λ 不变 改变
2.折射定律的理解:
(1)表达式:
(2)理解:①折射的原因:波在两种介质中的传播速度不同。
②由于波在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,叫作第二种介质相对第一种介质的折射率,
所以n21= 。
③当v1>v2时,i>r,折射波的波线靠近法线;当v1线。
3.折射现象的分析思路:
(1)明确界面、法线,画出波在两种介质界面上的波线折射图。
(2)明确入射角、折射角。
(3)根据折射定律 列式分析。
【特别提醒】
(1)当波垂直介质界面入射时,波的传播方向不改变,但波速和波长均发生相应的变化,属于波的折射中的特例。
(2)在应用折射定律公式计算时,角度i(r)为介质Ⅰ(Ⅱ)中波线与法线的夹角,速度v1(v2)是波在介质Ⅰ(Ⅱ)中的传播速度,一定要注意比值中角度与速度的对应性。
【思考·讨论】
　如图所示为波从一种介质进入另一种介质。
(1)波从一种介质传播到另一种介质时,什么物理量没有发生变化 (物理观念)
(2)哪些物理量发生了变化 (物理观念)
提示:(1)波的频率不变。
(2)波的传播方向、波速、波长均发生了变化。
【典例示范】
　一列波以60°入射角入射到两种介质的交界面,反射波刚好与折射波垂直。若入射波的波长为0.6 m,求:
(1)折射波的波长为多少 (结果保留两位有效数字)
(2)反射波的波长为多少
【解析】(1)如图所示,设折射角为θ,由图可知,
60°+θ=90°,则θ=30°,
由折射定律得
而
则 ,得λ2= m≈0.35 m。
(2)反射波的频率和波速不变,
所以其波长不变,仍为0.6 m。
答案:(1)0.35 m　(2)0.6 m
【规律方法】处理波的折射问题的三点技巧
(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;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( )解决有关波
长的问题。
【素养训练】
1.(多选)一列波由固体传入液体时,下列说法中正确的是 (　　)
A.入射波的波长大于折射波的波长
B.入射波的波速大于折射波的波速
C.入射波的频率大于折射波的频率
D.入射波的入射角大于折射波的折射角
【解析】选A、B、D。固体波速大于液体波速,而波的频率并未变化,所以选项A、B正确,C错误;由折射定律可知,选项D正确。
2.一声波在空气中的波长为25 cm,速度为340 m/s,当折射入另一种介质时,波长变为80 cm。求:
(1)声波在这种介质中的频率;
(2)声波在这种介质中的传播速度。
【解析】 (1)声波由空气进入另一种介质时,频率不变,
由v=λf
得f= Hz=1 360 Hz。
(2)因频率不变,有
得:v2= ×340 m/s=1 088 m/s。
答案:(1)1 360 Hz　(2)1 088 m/s
【补偿训练】
声波从铁中进入空气中,波长减为原来的 ,若声波在空气中的传播速度
大小为332 m/s,则声波在铁中传播速度大小为 (　　)
A.332 m/s 　　　　　 B.3×108m/s
C.22.9 m/s D.4 814 m/s
【解析】选D。声音在铁中与在空气中频率相同,由f= 得
所以v铁= ×332 m/s=4 814 m/s。
【拓展例题】考查内容:波的折射定律的应用
【典例】一列平面波朝着两种介质的界面传播,如图所示,A1A2是它在介质Ⅰ中
的一个波面,A1C1和A2C2是它的两条波线,其入射角为53°,C1和C2位于两种介质
的界面上。B1B2是这列平面波进入介质Ⅱ后的一个波面。已知A1A2的长度是
0.6 m,波在介质Ⅰ与介质Ⅱ中的波速之比为4∶3,问A1C1B1与A2C2B2的长度相差
多少
【解析】波的折射如图所示。
由折射定律和 得,
sinθ2= sinθ1= ×0.8=0.6,θ2=37°。
作C1M∥A1A2,NC2∥B1B2,则α=θ1,β= -θ2,则MC2=A1A2tanα=
0.6× m=0.8 m,C1C2= =1 m,C1N=C1C2cosβ=1×0.6 m=0.6 m,
所以A1C1B1与A2C2B2的长度相差MC2-C1N=0.2 m。
答案:0.2 m
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.人在室内讲话的声音比在空旷的室外讲话声音要洪亮,是因为 (　　)
A.室内空气不流动
B.室内声音多次被反射
C.室内声音发生折射
D.室内物体会吸收声音
【解析】选B。在室内说话,说话的声音传到墙壁上又反射回来,时间差太短,我们不能分辨出回声与原声,我们听到的是回声与原声的混合,因此我们听到的声音响亮,在空旷的场合我们说话,声音传播出去,周围没有高大的建筑物,声音不能反射回来,我们听到的只是原声,因此听起来就没有室内响亮,故选B。
2.关于波的反射与折射,下列说法正确的是 (　　)
A.入射波的波长一定等于反射波的波长,其频率不变
B.入射波的波长一定小于反射波的波长,其频率不变
C.入射波的波长一定大于折射波的波长,其频率不变
D.入射波的波长一定小于折射波的波长,其频率不变
【解析】选A。入射波与反射波在同种介质中波速相同,频率由波源决定,频率相同,由v=λf知波长相同,选项A符合题意,B不符合题意;因不知介质情况,入射波与折射波波长无法比较,选项C、D不符合题意。
3.(2017·江苏高考)野生大象群也有自己的“语言”。研究人员录下象群“语言”交流时发出的声音,发现以2倍速度快速播放时,能听到比正常播放时更多的声音。播放速度变为原来的2倍时,播出声波的________(选填“周期”或“频率”)也变为原来的2倍,声波的传播速度________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
【解析】播放速度变为原来的2倍时,对应的周期变为原来的 ,所以频率变为原来的2倍。声波的传播速度由介质决定,与播放速度无关。
答案:频率　不变
4.在渔船上利用超声波可以探测鱼群的位置,当它向选定的方向发射出频率为5.8×104 Hz的超声波后,经过0.64 s收到从鱼群反射回来的反射波,已知5.8×104 Hz的超声波在水中的波长为2.5 cm,则这群鱼跟渔船的距离为________m。
【解析】超声波在水中的传播速度
v=λf=2.5×10-2×5.8×104 m/s=1.45×103 m/s。
所以鱼群到船的距离
x= vt= ×1.45×103×0.64 m=464 m。
答案:464