1、第 2 节波的反射和折射1.惠更斯原理：介质中波阵面上的每一个点，都可以看成一个新的波源，这些新波源发出子波，经过一定时间后，这些子波的包络面就构成下一时刻的波面。2波的反射定律：反射波线、入射波线和法线在同一平面内，反射波和入射波分别位于法线的两侧，反射角等于入射角。3波由一种介质进入另一种介质时，传播方向发生偏折，入射角 i 和折射角 r 及波速之间满足 。sin isin r v1v2惠更斯原理1.波面和波线(1)概念：波面：从波源发出的波，经过同一传播时间到达的各点所组成的面，如图所示。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
2、空气中的声波。平面波：波面是平面的波。如水波。2惠更斯原理(1)内容：介质中波阵面上的每一个点，都可以看成一个新的波源，这些新波源发出子波，经过一定时间后，这些子波的包络面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得到下一时刻这个波面的位置，从而可确定波的前进方向。学后自检(小试身手)1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有些波的波线与波面相互平行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 C 不管是平面波，还是球面波，其波面与波线均垂直，选项 A、B 错误；只有波线才表示波的传播方向，
3、选项 C 正确，D 错误。波的反射自读教材抓基础1波的反射波遇到障碍物时会返回来继续传播的现象，如图所示。2反射规律反射波的频率、波长和波速都与入射波相同。3反射定律反射波线、入射波线和法线在同一平面内，反射波线和入射波线分别位于法线两侧，反射角等于入射角。跟随名师解疑难波的反射现象的特点(1)波速不变：波速由介质决定，而反射波与入射波在同一种介质中传播。(2)频率不变：波的频率由波源决定。(3)波长不变：由 可知，因 v、f 不变，故 不变。vf(4)传播能量减少：波反射时，反射面要吸收一部分能量。学后自检(小试身手)2一列波遇到障碍物发生反射，反射后它的( )A只有波长不变B只有波速不变C
4、只有频率不变D波长、波速、频率均不发生变化解析：选 D 波在发生反射时，入射波和反射波都在同一种介质中传播，所以入射波和反射波的波速相等，由惠更斯原理可知子波源的频率与波源的频率是相等的，故入射波和反射波的频率相等，从而二者的波长也是相等的。波的折射自读教材抓基础1波的折射波在传播过程中，由一种介质进入另一种介质时，传播方向发生偏折的现象，如图所示。2折射规律折射波的频率与入射波的频率相同。波长和波速都发生了变化。3折射定律(1)内容：入射角的正弦跟折射角的正弦之比，等于波在第种介质中的波速与波在第种介质中的波速之比。(2)公式： 。sin isin r v1v2跟随名师解疑难波的折射现象的特
5、点(1)传播方向改变，波由一种介质进入另一种介质时传播方向发生变化的现象即为波的折射现象。(2)波速改变，波速由介质决定，波在两种介质中传播的速度不同。(3)频率不变，波的频率由波源决定与介质无关。(4)波长改变，由 可知，f 不变，v 改变， 也改变。vf学后自检(小试身手)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，波长不变解析：选 B 波的频率由波源决定，因此波无论在空气中还是在水中频率都不变，C、D 错；又因波在水中速度较大，由公式 vf 可得，波在水中的波长变大，故 A 错，B正确。波的反
6、射的应用回声测距(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 sv 声 。t2(2)当声源以速度 v 向静止的障碍物运动或障碍物以速度 v 向静止的声源运动时，声源发声时障碍物到声源的距离为 s(v 声 v) 。t2(3)当声源以速度 v 远离静止的障碍物或障碍物以速度 v 远离静止的声源时，声源发声时障碍物到声源的距离为 s( v 声 v) 。t2典题例析例 1 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
7、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？思路点拨 同一列波在不同介质中波速不同，在同一介质中波速相同。解析 (1)由 f 得 f Hz340 Hzv 3401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 1 530 m382.5 m。t2 0.52(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
8、v 海 t2s代入数据解得 t0.498 s。答案 (1)340 1 530 (2)382.5 m (3)0.498 s探规寻律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。(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。跟踪演练1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 5.8104Hz 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 的超声波在水中的波长为 2.5 cm，则这群鱼跟渔船的距离
9、为_m。解析：设鱼跟渔船的距离为 x，根据波的反射有 t ，超声波在水中的波速 vf，由2xv以上两式可求得 x464 m。答案：464对折射定律的考查典题例析例 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。(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？思路点拨 解答本题时应把握以下三点：(1)由几何关系求折射角。(2)由折射定律求波速。(3)由 vf 及波在两种介质中频率相同求波长之比。解析 (1)由反射定律可
10、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 isin r所以 v 甲 v 乙 v 乙 1.2105 km/s2.0810 5 km/s。sin isin r sin 60sin 303212(3)因波长 ，又因为波在两种介质中的频率相同，则vf 。甲乙 v甲v乙 2.081051.2105 3答案 (1)30 (2)2.08 105 km/s (3) 3探规寻律(1)波在反射或折射后，其频率不变，故我们听到的回声与原声相同，花样游泳运动员在水下与水上听到的音乐曲调相同。(2)在应用公式 计算时， i(r)为介质 1(2)中波线与法线的夹角
11、，v 1(v2)是波在介质sin isin r v1v21(2)中的传播速度，一定注意比值中角度与速度的对应性。跟踪演练2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，下列说法中正确的是( )A比值 不变irB比值 变化sin isin rC比值 是一个大于 1 的常数sin isin rD比值 是一个小于 1 的常数sin isin r解析：选 D 由波的折射定律 ，知 是由介质决定的常数，且 v 水 v 空 ，sin isin r v空v水 sin isin r所以 1。sin isin r课堂双基落实1多选关于惠更斯原理的理解，下列说法正确的是( )A同
12、一波面上的各质点振动完全相同B同一振源的不同波面上的质点的振动情况一定不同C球面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 按照惠更斯原理，波面是由振动情况完全相同的点构成的面( 或线)，而不同波面上质点的振动可能相同，故 A 说法正确、B 说法不正确；由波面和波线的概念，不难判断 C、D 说法正确。2.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
13、速 v2 满足： v1v2 sin rsin i解析：选 A 图中 MN 为介质界面，虚线为法线， i 为入射角，r 为折射角，从题图可直接看出入射角大于折射角( ir)，则 C 错误；根据折射定律有 1，所以v1v2 sin isin rv1v 2，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。3多选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水中和空气中质点振动频率相同，
14、a 是空气中声波的波形曲线解析：选 AD 波的频率取决于波源的振动频率，与介质无关，故同一音叉发出的声波分别在水中与空气中传播时频率相同。但机械波在介质中传播的速度只取决于介质性质，与波的频率无关，声波在水中传播的速度大于在空气中传播的速度。由 vf 知，声波在水中的波长应较大，对应于题图中波形曲线 b，故 A、D 正确。4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 1.0105 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 )解析：由波形图读出波长：1510 3 m，由波速公式得：vf1510 3 1.0105 m/s1 500 m/s鱼群与渔船的距离为：s vt，12解得：s3 000 m。答案：3 000 m