2021-2022学年鲁科版（2019）高中物理选择性必修第一册3.2 波的反射和折射 学案

第2节 波的反射和折射 学案
学习目标：
1.知道波面、波线的概念．
2.知道波传播到两种介质交界面时会发生反射、折射现象。
3.掌握波的反射定律和折射定律．
基础知识：
一、波的反射
1．波面和波线
(1)波面（波阵面）：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．
反射波的波长、波速、频率跟入射波的相同。
(2)反射定律：入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分居法线两侧，反射角等于入射角。
入射角（i）和反射角（i’）：入射波的波线与平面法线的夹角i叫做入射角．反射波的波线与平面法线的夹角i’ 叫做反射角．
反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同．
波遇到两种介质界面时，总存在反射
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．
波的折射中，波的频率不变，波速和波长发生改变。
2.折射规律：
(1).折射角（r）：折射波的波线与两介质界面法线的夹角r叫做折射角．
2.折射定律：入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居法线两侧．入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比：
当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线.
当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线.
当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例．
在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变．
波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同．
＝，式中v1和v2分别是波在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的波速．
重难点理解：
对波的反射和折射的理解和应用
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：(2)超声波定位：
2．波的反射、折射现象中各量的变化
(1)波向前传播在两种介质的界面上会同时发生反射现象和折射现象。
(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波速v由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变；折射波与入射波在不同介质中传播，波速变化．
③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
(1)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典例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
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，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。
答案　D
典例2、为了测一根长铁管的长度，甲同学把耳朵贴在长铁管的一端，乙同学在另一端敲一下这根铁管，测得甲听到的两次响声的时间间隔25 s，已知声音在铸铁和空气里传播的速度分别为390 m/s和340 m/s，这根铁管有多长？
解析：乙敲铁管的声音可以在铁管和空气中传播，因为声音在铁管传播的速度快，所以乙听到的两次响声，第一次是沿铁管传的，第二次是由空气传的。
设铁管长为l，声音在铁管里和空气里传播的时间分别为t1=和t2=.由题意有：t2-t1==Δt。
则l=Δt=m/s×2.5 s=931 m
巩固练习：
1.(多选)下列哪些现象是由声音的反射形成的(　　)
A.夏天下雨时，我们总是先看到闪电，后听到雷声
B.北京天坛的回音壁的回音现象
C.同样的声音在房间里比在旷野里听起来响亮些
D.在火车站候车大厅中，我们有时听不清播音员的声音
2．以下关于波的认识，错误的是(　　)
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
3.一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
4.甲、乙两人平行站在一堵墙前面，两人相距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
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后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离有多远？(v声＝340 m/s)
参考答案：
1.　BCD 2.　C 3.　B
4.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，故t＝。甲、乙两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，波线为图中AC和CB。由几何关系可得AC＝CB＝2a，故第二声枪响传到乙的耳中的时间为t′＝＝＝2t。答案　C
5.解析　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＋x ① x1＋x＝v声t ② x2＝v车t ③
联立①②③得x＝325 m。
答案　325 m