2.2 波的反射和折射 课件(1)

课件37张PPT。第2节 波的反射和折射1.光的反射：当一束光照射到物体的表面时，将被物体的表面
_________的现象。
2.光的反射定律：光发生反射时，反射光线、入射光线、法线
在___________，反射光线、入射光线分居_____两侧，反射角
_____入射角。
3.光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发
生_____的现象。 反射回去同一平面内法线等于偏折4.光的折射定律：光发生折射，折射光线、入射光线、法线在
___________；折射光线和入射光线分居法线_____；当光线从
空气斜射入其他透明介质时，折射角_____入射角，当光线从
其他透明介质斜射入空气时，折射角_____入射角。
5.机械振动在介质中的传播形成_______。同一平面内两侧小于大于机械波一、惠更斯原理
1.几个概念：
(1)波面：从波源发出的波，经过同一_________到达的各点所组成的面，如图所示。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。
(5)波线与波面的关系:波线与各个波面总是_____的。球面平面传播方向垂直2.惠更斯原理：
(1)内容：介质中波阵面上的每一个点，都可以看成一个_____
_____，这些新波源发出子波，经过一定时间后，这些子波的
_______就构成下一时刻的波面。
(2)应用：如果知道某时刻一列波的某个波面的位置，还知道
波速，利用惠更斯原理可以确定：
①下一时刻这个波面的_____；
②波的_________。新的波源包络面位置前进方向二、波的反射和折射
1.波的反射：
(1)反射现象：波遇到障碍物时会返回来
继续传播的现象，如图所示。
(2)反射规律：反射波的波长、频率和波速都与入射波_____。
(3)反射定律：反射波线、入射波线和_____在同一平面内，反
射波线和入射波线分别位于_____两侧，反射角等于入射角。相同法线法线2.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，如图所示。传播方向(2)折射规律：折射波的频率与入射波的频率_____。波速和
波长都发生了变化。
(3)折射定律： = ，式中v1和v2分别是___________和
_______中的波速。相同波在介质Ⅰ介质Ⅱ【思考辨析】
1.判断正误：
(1)水波是球面波。( )
(2)声波是球面波。( )
(3)任何波的波线与波面都相互垂直。( )
(4)入射波线与法线之间的夹角为入射角。( )提示：(1)×。由于水波不能在空间中传播，所以它是平面波。
(2)√。声波的波面是球面，声波是球面波。
(3)√。不管是平面波还是球面波，其波面与波线均垂直。
(4)√。由折射定律知入射波线与法线之间的夹角为入射角。2.问题思考：
夏天的雨季，大雨来临前一道闪电过后，接着我们会听到一阵“轰轰隆隆”的雷鸣，说一说这种雷声是怎么形成的。
提示：云层积累的大量电荷放电，形成闪电同时发出巨大声音，闪电声在不同云层之间反复反射，所以较长时间后能听到“轰轰隆隆”的声音。一、波的反射现象的应用
1.回声测距：
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，用的时间相等，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。【学而后思】
(1)蝙蝠与雷达分别依靠什么定位？
提示：蝙蝠是依靠超声波来定位，雷达是依靠无线电波来定位的。
(2)超声波在空气中和水中传播的速度大小有什么关系？
提示：超声波在水中的传播速度大于在空气中的传播速度。【典例1】渔船常利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动图像如图所示。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。(忽略船和鱼群的运动)【解题探究】(1)由频率f和波长λ可得波速v=____。
(2)超声波信号从渔船到鱼群所用时间为__ s。
【标准解答】由波形图读出波长：λ=15×10-3 m
由波速公式得：
v=λf=15×10-3×1.0×105 m/s=1 500 m/s
鱼群与渔船的距离为：
解得：s=3 000 m
答案：3 000 m λf2【总结提升】求解回声测距问题的技巧
(1)求解反射波的波速是解题的基础。①若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若波由一种介质进入另一种介质中时反射(如从空气进入水中),则根据波由一种介质进入另一种介质时频率不变,由v=λf求得反射波在另一种介质中的速度。
(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=vt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。【变式训练】甲、乙两人平行站在一堵墙前面，二人相距2a，
距离墙均为 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 后【解析】选C。乙听到第一声枪响必然是甲放
枪的声音直接传到乙的耳朵中，故 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，由反射定律知，波线
如图所示，由几何关系可知：AC=CB=2a，故第二声枪响传到乙的耳中的时间为2t,C正确。【变式备选】(2013·渭南高二检测)一艘固有频率为50 Hz
的渔船，停泊在海岸边，若此时海浪两相邻波谷间的距离为
10 m，海浪的传播速度为5 m/s，则渔船摇晃周期应是( )
A．2 s B．0.02 s C．0.5 s D．0.1 s
【解析】选A。由题可知，波的波长为10 m，传播速度为
5 m/s，所以波的周期 根据受迫振动的特点,
振动稳定后的周期总等于驱动力的周期,可知应选A。 二、波的反射与折射及折射定律
1.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：(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与入射波的频率，即波源的振动频率相同。
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据v=λf知，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传播，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.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，叫做
第二种介质相对第一种介质的折射率，所以
③当v1＞v2时，i＞r，折射波的波线靠近法线；当v1＜v2时，
i＜r，折射波的波线远离法线。【学而后思】
(1)花样游泳运动员在水下和水上听到的音乐曲调是否相同？为什么？
提示：相同，这是因为波在反射或折射后，其频率不变，故听到的回声与原声相同。
(2)在波的折射现象中，若入射角为零，波是否沿原来的方向传播？波长和波速会变吗？
提示：入射角为零时，折射角也为零，即波仍沿原来的方向传播，但波长和波速会发生相应变化。【典例2】(2013·滨州高二检测)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，则
(1)该波的折射角为______。
(2)该波在甲介质中的传播速度为多少？
(3)该波在两种介质中的波长比为多少？【解题探究】(1)由折射定律 得v甲= 。
(2)波从一种介质中传播到另一种介质中时，波的频率_____，
波长_____，所以波速_____。不变改变改变【标准解答】(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°。
(2)由波的折射定律 所以
= ×1.2×105 km/s=2.08×105 km/s。
(3)因波长 又因为波在两种介质中的频率相同，
则
答案：(1)30° (2)2.08×105 km/s (3)【变式训练】(2013·福州高二检测)如图
所示，图中1、2、3分别代表入射波、反
射波和折射波的波线，则下列说法中正确
的是( )
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】选D。在波的反射现象中，波长、频率、波速都相等，A、B错；在波的折射现象中，频率相等，波速、波长不相等，C错，D对。【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？【标准解答】波的折射如图所示。
由折射定律和 得，作C1M∥A1A2,NC2∥B1B2，则α=θ1，
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对波的理解误区
误区1：误认为只有平面波的波面才与波线垂直
产生错误的原因是不知道不管是平面波，还是球面波，其波面与波线均垂直。
误区2：误认为折射波与入射波在不同介质中的频率不相同
其原因是认为折射波与入射波的频率与介质有关，实际上频率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与入射波的频率，即波源的振动频率相同。【典例】(2013·三明高二检测)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，以下说法正确的是
( )
A. 水中质点振动频率较高，a是空气中声波的波形曲线
B.空气中质点振动频率较高，a是水中声波的波形曲线
C.声波在水中波长较大，b是水中声波的波形曲线
D.声波在空气中波长较大，b是空气中声波的波形曲线【解析】通过以下表格进行逐项分析：