3.2波的反射和折射 学案（含答案）

1、第第 2 节节 波的反射和折射波的反射和折射 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.知道什么是波面和波线。 2.认识波的反射和折射现象，知道 波的反射定律。 3.了解惠更斯原理的内容。 1.科学态度与责任 能用波的反射定律解决生活中的一些物理现 象。 2.关键能力 理解分析能力 一、波的反射 1.波的反射 (1)波面和波线 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，称为波阵 面或波面。 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 球面波：波面是球面的波。如空气中的声波。 平面波：波面是平面的波。如水波。 球面波 平面波 (3)波的反射 定义：波

2、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称为 波的反射。 反射定律：反射波的波线、入射波的波线和法线在同一平面内，反射波的波线 和入射波的波线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角。 判一判 (1)只有平面波的波面才与波线垂直。() (2)波的波线表示波的传播方向。() (3)声波是球面波。() (4)波反射后频率随之改变。() 二、波的折射 1.定义：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 象称为波的折射。 2.入射角与折射角：入射波的波线与法线的夹角称为入射角，用 i 表示；折射波 的波线与法线的夹角称为折射角，用 r 表示。 3.入射角与折射角的关系

3、：sin i sin r v1 v2，式中 v1 和 v2分别是波在介质和介质中 的波速。 判一判 (1)波折射后，频率保持不变。() (2)波折射后，波长保持不变。() (3)波折射后的折射角大于入射角。() 探究探究 1 波的反射、折射现象波的反射、折射现象 归纳拓展 1.波在反射、折射现象中的波长、频率和波速的对比 波现象 比较项 波的反射 波的折射 传播方向 改变 改变 频率 f 不变 不变 波速 v 不变 改变 波长 不变 改变 2.波长、频率和波速的决定因素 (1)频率(f)由波源决定：无论是反射波还是折射波都与入射波的频率相等，即与波 源的振动频率相同。 (2)波速(v)由介质决

4、定：反射波与入射波在同一介质中传播，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 vf 知，波长 与波速和频率有关：反射波与入射波，频率相同，波速相 同，故波长相同。折射波与入射波在不同介质中传播，频率相同，波速不同，故 波长不同。 【例 1】 如图所示，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、波长相等 D.3 与 1 的频率相等，波速、波长均不等 答案 D 解析 反射波的波长、频率、波速与入射波都相等，故 A、B 错误；折射波的波 长、

5、波速与入射波都不等，但频率相等，故 C 错误，D 正确。 【例 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 1.2105 km/s。求 (1)该波的折射角； (2)该波在甲介质中的传播速度。 答案 (1)30 (2)2.08105 km/s 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 r30 。 (2)由波的折射规律v 甲 v乙 sin i sin r， 所以 v 甲sin i sin r v 乙sin 60 sin 30 v乙 3 2 1 2 1

6、.2105 km/s 2.08105 km/s。 【针对训练 1】 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 如图所示。以下说法正确的是( ) A.声波在水中波长较大，b 是水中声波的波形曲线 B.声波在空气中波长较大，b 是空气中声波的波形曲线 C.水中质点振动频率较高，a 是水中声波的波形曲线 D.空气中质点振动频率较高，a 是空气中声波的波形曲线 答案 A 解析 声波在水和空气中频率相同，而在水中波速大，由 vf 可知，水中波长 大，故选项 A 正确。 探究探究 2 波的反射现象的应用波的反射现象的应用 归纳拓展 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

7、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，设经过时间 t 听到回声，则声源距障碍物的距离为 sv声 t 2。 2.超声波定位 蝙蝠、 海豚能发出超声波， 超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来。 蝙蝠、 海豚就是根据接收到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 行或游动方向。雷达也是利用波的反射来定位和测速的。 【例 3】 甲、乙两人平行站在一堵墙前面，两人相距 2a，距离墙均为 3a，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

8、枪 2t 后 D.甲开枪 3 7 2 t 后 答案 C 解析 乙听到的第一声枪响必然是甲开枪的声音直接传到乙耳中的，故 t2a v 。 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，波线如图中 AC 和 CB 所示，由几何关系可得：ACCB2a，故第 二声枪响传到乙的耳中的时间为 tACCB v 4a v 2t。 【针对训练 2】 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， 当它向选定方向发射出频率为 5.8104 Hz 的超声波后， 经过 0.64 s 接收到从鱼群反射回来的反射波，已知频率为 5.8104 Hz 的超声波在

9、水中的波 长为 2.5 cm，求这群鱼和渔船间的距离。 答案 464 m 解析 设鱼跟渔船的距离为 x， 根据波的反射有 t2x v ， 超声波在水中的波速 vf， 由以上两式可求得 x464 m。 1.(波面与波线)(多选)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 答案 BC 解析 不管是平面波， 还是球面波， 其波面与波线均垂直， 选项 A 错误， B 正确； 只有波线才表示波的传播方向，选项 C 正确，D 错误。 2.(波的反射折射)在波的反射现象中，反射波跟入射波不

10、相同的量是( ) A.波长 B.波速 C.频率 D.振幅 答案 D 解析 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 f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。 3.(波的反射折射)如图所示， 是声波从介质进入介质的折射情况， 由图判断下 面说法中正确的是( ) A.入射角大于折射角，声波在介质中的波速大于它在介质中的波速 B.入射角大于折射角，可能是空气，可能是水 C.入射角小于折射角，可能是钢铁，可能是空气 D.介质中波速 v1与介质中波速 v2满足v1 v2 sin r sin i 答案 A 解析 图

11、中 MN 为介质界面，虚线为法线，i 为入射角，r 为折射角，从图可直接 看出入射角大于折射角(ir)，则 C 错误；根据折射规律有v1 v2 sin i sin r1，所以 v1 v2，D 错误，A 正确；声波在液体、固体中的速度大于在气体中的速度，B 错 误。 4.(波的反射现象的应用)某物体发出的声音在空气中的波长为1 m， 波速为340 m/s， 在海水中的波长为 4.5 m。求： (1)该波的频率和在海水中的波速； (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？ 答案 (1)340 Hz 1 530 m/s (2)382.5 m (3)0.498 s 解析 (1)由 fv 得，f 340 1 Hz340 Hz。因波的频率不变，则在海水中的波速 为 v海f4.5340 m/s1 530 m/s。 (2)入射声波和反射声波用时相同，则海水深为 sv海 t 21 530 0.5 2 m382.5 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tv海t2s。 代入数据解得 t0.498 s。