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第二章 机械波
第二章 机械波
时间
传播方向
球形
平面
新的波源
包络面
传播方向
返回
同一平面
法线
等于
相同
偏折
正弦值
正弦值
传播速度
传播速度
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突破疑难·讲练提升第4节 惠更斯原理 波的反射与折射
[随堂检测]
1．(多选)下列现象中属于声波反射现象的是( )
A．在空房间里说话感觉声音很响
B．音响设备制作时要考滤混响效应
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
解析：选ABC．D选项是波的折射现象．A、B、C选项是属于声波反射现象．
2．(多选)关于对惠更斯原理的理解，下列说法正确的是( )
A．同一波面上的各质点振动情况完全相同
B．同一振源的不同波面上的质点的振动情况可能相同
C．球形波的波面是以波源为中心的一个个球面
D．无论怎样的波，波线始终和波面垂直
解析：选ACD．根据惠更斯原理内容可知每一点都可看成一个新的波源，各点的振动情况相同，以振源为中心向外传播，故A、C、D正确．
3．图为直线波的反射情形，已知∠A＝30°，则下列说法错误的是( )
A．∠B＝30°
B．∠C＝90°
C．入射波前进方向与障碍物之间夹角为60°
D．反射波前进方向与障碍物之间夹角为60°
解析：选B．由题图可知∠A＝30°，则入射角为30°，则反射角也为30°，∠B＝30°，则∠C＝120°，A正确，B错误；入射波前进方向与障碍物之间夹角即入射波的波线与障碍物的夹角为60°，反射波前进方向与障碍物之间夹角也为60°，C、D正确．
4．(多选)若某一列声波从空气射入水中，入射角i从零开始增大时，折射角r也随着增大，且已知该声波在水中的速度大于在空气中的速度，下列说法中正确的是( )
A．比值不变
B．比值不变
C．比值是一个大于1的常数
D．比值是一个小于1的常数
解析：选BD．由波的折射定律＝，知是由介质决定的常数，且v水>v空，所以<1.
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)
解析：画出汽车与声音运动过程示意图如图所示，设汽车由A到C位移为s1，C到山崖B距离为s2，汽车鸣笛到司机听到回声时间为t，有t＝2 s．则＝＝t
s2＝＝＝ m＝325 m.
答案：325 m
[课时作业]
一、单项选择题
1．在波的反射现象中，反射波跟入射波不相同的量是( )
A．波长 B．波速
C．频率 D．振幅
解析：选D．反射波跟入射波波速相同(由介质决定)、频率相同(由波源决定)、波长相同(由v＝λf决定)，所以A、B、C相同．波在传播及反射过程中能量有损失，故振幅逐渐变小，D不相同．
2．一列波从空气传入水中，保持不变的物理量是( )
A．波速 B．波长
C．频率 D．振幅
解析：选C．波速与介质有关，频率与波源有关，所以波速一定变，频率一定不变，又因λ＝，所以波长一定变，故C对，A、B错；因波的能量在从空气传入水中时会减少，故其振幅变小，D错.
3.如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：选C．由折射定律知：＝＝，C项正确．
4．甲、乙两人平行站在一堵墙前面，二人相距2a，距墙均为a，当甲开了一枪后，乙在t后听到第一声枪响，则在什么时候乙听到第二声枪响( )
A．听不到 B．甲开枪后3t
C．甲开枪后2t D．甲开枪后t
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t＝.甲、乙两人及墙的位置如图，乙听到的第二声枪响必然是墙反射的枪声，由反射定律可知，波线如图所示．由几何关系可得：AC＝CB＝2a，故第二声枪响传到乙的耳朵中的时间为t′＝＝＝2t.故选项C正确．
5．如图所示，是声波从介质Ⅰ进入介质Ⅱ的折射情况，由图判断下面说法中正确的是( )
A．入射角大于折射角，声波在介质Ⅰ中的波速大于它在介质Ⅱ中的波速
B．入射角大于折射角，Ⅰ可能是空气，Ⅱ可能是水
C．入射角小于折射角，Ⅰ可能是钢铁，Ⅱ可能是空气
D．介质Ⅰ中波速v1与介质Ⅱ中波速v2满足：＝
解析：选A．由图中可直接看出θ1为入射角，θ2为折射角，有θ1>θ2，选项C错误；根据折射定律有＝>1，所以v1>v2，选项D错误，选项A正确；声波在液体、固体中的速度大于在气体中的速度，选项B错误．故正确答案为A．
二、多项选择题
6．下列说法中正确的是( )
A．只有平面波的波面才与波线垂直
B．任何波的波线与波面都相互垂直
C．任何波的波线都表示波的传播方向
D．有些波的波面表示波的传播方向
解析：选BC．波线用来表示波的传播方向，波线与各个波面总是垂直的，所以选项B、C正确．
7．以下关于波的认识，哪些是正确的( )
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．雷达的工作原理是利用波的反射
D．水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的反射现象
解析：选ABC．A、B、C选项中应用了波的反射现象；D选项应用了波的折射现象，深水区域和浅水区域视为不同介质，故波的传播方向发生改变，故D错误．
8．关于声波的传播，下列说法中正确的是( )
A．声波能在空气、固体和液体中传播，但不能在真空中传播
B．声波无论在哪种介质中传播，都只是纵波
C．声波从空气传入液体或固体后，波长变短，波速变小
D．从障碍物反射的声波到达人耳，比原声到人耳滞后0.1 s 以上，则人能区分开
解析：选AD．声波是机械波，在传播时必须有介质，所以在气体、液体和固体中均能传播，在真空中不能传播；声波在气体、液体中是纵波，在固体中既可以是纵波，也可以是横波；声波由空气进入液体、固体，有时波速变大，如钢铁，有时波速变小，如橡胶，因而有两种可能；回声比原声滞后0.1 s以上人耳才能区分开，因而A、D正确．
9．关于惠更斯原理，下列说法中正确的是( )
A．在波的传播过程中，介质中所有参与振动的质点都可以看做是一个新的波源
B．在波的传播过程中，只有介质中波前上的各点可以看做是新的波源
C．子波是真实存在的波
D．子波是为了解释波动现象而假想出的波
解析：选AD．由惠更斯原理可知，每个参与振动的质点都可看做是一个新的波源，而实际是不存在的，故选AD．
三、非选择题
10．利用超声波可以探测鱼群的位置，在一只装有超声波发射和接收装置的渔船上，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：设渔船跟鱼的距离为s，根据波的反射有t＝ ①，又由v＝λf ②，由①②代入数据得s＝464 m.
答案：464
11．水波的速度跟水的深度有关，其关系为v＝，式中h为水的深度，g为重力加速度．如图甲所示，是一池塘的剖面图，A、B两部分水深不同．图乙是从上往下俯视看到的从P处向外传播的水波波形(弧形实线代表波峰)，深水区B水波波长是浅水区A水波波长的两倍，若已知A处水深20 cm，那么B处水深是多少？
解析：设浅水区、深水区中的波速分别为vA、vB，水波由浅水区进入深水区，频率f不变，据v＝λf，可知＝＝，即 ＝，hB＝4hA＝4×20 cm＝80 cm＝0.8 m.
答案：0.8 m
12．如图所示，a、b、c分别为入射波、反射波、折射波，已知入射波波速v＝10 m/s，入射角θ1为30°，反射波线与折射波线相垂直，求折射波的速度.
解析：由题图可知，波的折射角θ2＝60°，由折射定律得＝，得v2≈17.3 m/s.
答案：17.3 m/s
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考资源网第一时间更新名校试题,30个省市区资源一网打尽!课件、教案、学案、素材、论文种类齐全第4节 惠更斯原理 波的反射与折射
1.知道什么是波面、波线，了解惠更斯原理． 2.通过实验认识波的反射、折射现象．并能用惠更斯原理进行解释．(难点) 3.掌握波的反射定律和折射定律．(重点＋难点)
一、惠更斯原理
1．波面和波线
(1)波面：从波源发出的波经过同一传播时间而达到的各点所组成的面，叫做波面．
(2)波线：从波源沿着波的传播方向画出的带箭头的线称为波线，它表示波动的传播方向．
2．波的分类
(1)球形波：波面是球形的波，如空气中的声波．
(2)平面波：波面是平面的波，如水波．
3．惠更斯原理
(1)内容：波在传播过程中所到达的每一点都可看做新的波源，从这些点发出球面形状的子波，其后任一时刻这些子波波前的包络面就是新的波前．
(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得到下一时刻这个波面的位置，从而可确定波的传播方向．
二、波的反射
1．定义：波在传播的过程中，遇到两种介质的分界面时返回到原介质继续传播的现象．
2．波的反射定律：当波传播到两种介质的交界处发生反射时，入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分别位于法线两侧，而且反射角等于入射角；反射波的波长、频率和波速都与入射波相同．
三、波的折射
1．定义：波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波传播的方向发生偏折的现象．
2．折射定律：波在介质中发生折射时，入射线、法线、折射线(即折射波线)在同一平面内，入射线与折射线分别位于法线两侧，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比等于波在第一种介质中的传播速度跟波在第二种介质中的传播速度之比，即＝.这就是波的折射定律．
在空旷的山谷中对着山崖喊，能听到回声，夏日的雷声轰鸣不绝，在空房间里讲话感觉声音很响，这些都是我们身边常见到的现象，那么产生这些现象的原因是什么呢？
提示：声波的反射．
利用惠更斯原理解释波的反射和折射
1．利用惠更斯原理解释反射定律
用惠更斯原理不但可以说明为什么波在两种介质的界面会发生反射，而且可以得到反射角与入射角的关系．
如图所示，一列平面波到达两种介质的界面，AB是这列波的一个波面．由于入射波的传播方向与界面并不垂直，a、c、b三条波线并不同时到达界面，它们到达界面时产生子波的时间也就有先有后，子波传播的距离也就有远有近．当波面上的B点刚刚到达界面时，三个子波波面的包络面为图中的A′B′，这是反射后新的波面，a′、c′、b′三条波线代表了反射后波的传播方向．
在直角三角形ABB′与直角三角形B′A′A中，AB′是公共边；波从B传播到B′所用的时间与子波从A传播到A′所用的时间是一样的，而波在同种介质中的波速不变，所以B′B＝AA′.因此直角三角形ABB′≌直角三角形B′A′A
所以∠A′AB′＝∠BB′A.
从图中看出，入射角i和反射角i′分别为∠BB′A和∠A′AB′的余角，所以i′＝i.也就是说，在波的反射中，反射角等于入射角．
2．利用惠更斯原理解释折射定律
如图，一束平面波中的波线a首先于时刻t由介质1到达界面．波线a进入介质2后，又经过时间Δt，波线b也到达界面．由于是两种不同的介质，其中波的传播速度v1、v2不一定相同，在Δt这段时间内，两条波线a和b前进的距离AA′和BB′也不相同．当波线b到达界面时，新的波面在A′B′的位置．
由于∠BAB′＝θ1，所以AB′＝，又∠A′ B′A＝θ2，则AA′＝AB′sin θ2，即＝＝＝，所以＝.
波发生折射时，当v1>v2时，θ1>θ2，折射角偏向法线；当v1 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( )
A．170 m B．340 m
C．425 m D．680 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s＝v(t1＋t2)＝×340×2.5 m＝425 m．故C正确．
[答案] C
1.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产生反射和折射，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，求：
(1)该波的折射角为多少？
(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°.
(2)由波的折射定律得v甲＝·v乙＝·v乙＝×1.2×105 km/s≈2.08×105 km/s.
答案：(1)30° (2)2.08×105 km/s
波的反射、折射现象中各量的变化
波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射和折射现象，一些物理量相应发生了变化，比较如下：
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
(1)波发生反射时，还返回到原来物质中，所以反射波的波长、波速、频率都跟入射波相同．
(2)波发生折射时，波进入到另一种介质，频率是由波源决定，所以频率不变；波速是由介质决定，介质发生变化，波速变化；波长是由波速和频率共同决定，所以波长也发生变化．
某物体发出的声音在空气中的波长为1 m，波速340 m/s，在海水中的波长为4.5 m.
(1)该波的频率为________ Hz，在海水中的波速为________ m/s.
(2)若物体在海面上发出的声音经0.5 s听到回声，则海水深为多少？
(3)若物体以5 m/s的速度由海面向海底运动，则经过多长时间听到回声？
[解析] (1)由f＝得：f＝ Hz＝340 Hz.因波的频率不变，则在海水中的波速为v海＝λ′f＝4.5×340 m/s＝1 530 m/s.
(2)入射波和反射波用时相同，则海水深为s＝v海＝1530× m＝382.5 m.
(3)物体与声音运动的过程示意图如图所示．
设听到回声的时间为t，则v物t＋v海t＝2s
代入数据解得：t≈0.498 s.
[答案] (1)340 1 530 (2)382.5 m (3)0.498 s
同一列波在不同介质中频率保持不变，但是波速在不同介质中是不同的；入射波和反射波在传播相同距离的情况下，用的时间相等．
2.如图中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：选D．反射波的波速、波长、频率都相等，折射波的频率不变，波长和波速发生改变，故D正确．
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