湖北省荆州市沙市第五中学物理导学案选修3-4人教版124波的反射和折射

-1-§12.4波的反射与折射【学习目标】⒈波的传播方向不确定必有两种可能解⒉波形变化时间与周期关系不确定必有系列解⒊波形移动距离与波长关系不确定必有系列解【自主学习】想一想：你知道当我们对着大山喊的时候为什么会回声缭绕吗？你知道雷达是如何确定物体位置的吗？填一填：机械波在介质中传播过程中，任何振动状态相同的质点都组成了一个个圆叫做一个个波阵面或波面，与波面垂直的那些线代表了波的传播方向，叫做波线。填一填：惠更斯原理：介质中任一波面上的各点，都可以看作发射子波的波源，其后任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面便是新的波面；根据惠更斯原理，只要知道某一时刻的波面和波速，就可以确定下一时刻的波面，从而确定波的传播方向。点一点：由惠更斯原理可知，当波遇到障碍物时发生反射而继续传播，且反射角等于入射角，在反射过程中波在同一介质中传播，故反射波的波长、频率、波速都与入射波相同。点一点：如图1所示，当波从一种介质传播到另一种介质中时波速发生了变化，由惠更斯原理可知：波的传播方向发生了变化，即发生了波的折射现象，由几何关系可知：11sinABvt，22sinABvt，则两式之比为：1122sinsinvv，12vv是一个只与两种介质性质有关而与入射角度无关的常数，叫做第2种介质对第1种介质的折射率，用12n表示，则折射率可表示为：1122vnv或1122sinsinn。填一填：如果第2种介质中的波速小于第1种介质中的波速，波在进入第2种介质后，传播方向将向法线靠拢；如果第2种介质中的波速大于第1种介质中的波速，波在进入第2种介质后，传播方向将远离法线。AA′B′Bθ1θ2图1-2-议一议：由以上分析可知，波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同。典题·热题知识点一波的反射例1一列波遇到障碍物，发生反射，反射后它的()A.只有波长不变B.只有波速不变C.只有频率不变D.波长、波速、频率均不发生变化解析：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.答案：D方法归纳寻找波长、波速、频率之间的关系时，要找准物理量之间的决定关系，介质决定波速，波由频率决定，而频率不变，故波长也不变.知识点二波的折射例2一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：由于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两项错.又因波在水中速度较大，由公式v=λf可得，波在水中的波长变大，故A选项错，B选项正确.答案：B例3某列波以60°的入射角从甲媒质射到乙媒质的界面上同时发生反射和折射，若反射线与折射线成90°角，波在乙媒质中的波速为1.2×105km/s，求波在甲媒质的速度是多少？解析：根据题意找出入射角和折射角的角度，利用折射定律解答.答案：入射角是60°，折射角是30°.由折射定律得：30sin60sin=乙甲vvv甲=30sin60sinv乙=2123×1.2×105km/s=563×105km/s.巧解提示画出反射与折射图，如图12-4-4所示，很形象直观，思路简洁.图12-4-4知识点三波的反射的实际应用例4某人想听到自己发出的声音的回声，若已知声音在空气中的传播速度为340m/s，那么他至少要离障碍物多远？（原声与回声区分的最短时间0.1s）-3-解析：在波的反射现象中，反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同，只有声波从人所站立的地方到障碍物再返回来全部经历的时间在0.1s以上，才能辨别出回声.答案：设障碍物至少和人相距为s，则应有2s=vt.可得：s=2vt=20.1340m=17m.巧妙变式某测量员是这样利用回声测距离的：他站在两平行峭壁间某一位置鸣枪，经过1.00秒钟第一次听到回声，又经过0.50秒钟再次听到回声.已知声速为340m/s，则两峭壁间的距离为多少？（425m）例5有一辆汽车以15m/s的速度匀速行驶，在其正前方有一陡峭山崖，汽车鸣笛2s后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离多远？（v声=340m/s）解析：若汽车静止问题就简单了，现汽车运动，声音传播，因此画出汽车与声波的运动过程示意图可以帮助我们找到思路.从汽车鸣笛到听到回声，汽车本身也往前行驶了一段位移.答案：如图12-4-5所示为汽车与声波的运动过程示意图，设汽车由A到C路程为s1，C点到山崖B距离为s；声波由A到B再反射到C路程为s2，因汽车与声波运动时间同为t，则有s2=s1+2s.即v声t=v汽t+2s,所以s=2)(tvv汽声=2215)-(340m=325m.图12-4-51．人在室内讲话的声音比在室外空旷处讲话声音要宏亮，是因为()A.室内空气不流动B.室内声音多次反射C.室内声音发生折射D.室内物体会吸收声音2．关于声波，下列说法中正确的是（）A．空气中的声波是纵波，铁中的声波也是纵波B．声波不仅能在空气中传播，也能在固体、液体和真空中传播C．声音在水中传播的速度大于在空气中的传播速度D．对于在空气中传播的声波来说，由v=λ·f，所以频率越高，声速也越大。3.下面说法正确的是()A.入射波面与法线的夹角为入射角B.入射波面与界面的夹角为入射角C.入射波线与法线的夹角为入射角D.入射角跟反射角相等4．一列水波由深水区进入浅水区，入射角与界面夹角300，折射角与界面夹角450角，则下列说法正确的是（）A．波在深水区与浅水区的波速相同，频率不同，波长不同-4-B．波在浅水区与深水区中传播时，波速、频率、波长都相同C．深水区中的波速、波长比浅水区中小D．深水区中的波速、波长比浅水区中大5．一列声波在第一种均匀介质中的波长为λ1，在第二种均匀介质中的波长为λ2，若λ1=2λ2，则该声波在两种介质中的频率之比和波速之比分别为（）A．2∶1，1∶1B．1∶2，1∶4C．1∶1，2∶1D．1∶1，1∶26．到过海边的人都可以看到，当海风斜向吹向海岸时，海浪总是垂直拍击海岸，由此现象可以判断（）A．水波不遵循机械波的传播规律B．水波遵循机械波的传播规律，上述现象是因为水波的折射而引起的C．水波在深水区的传播速度大于在浅水区的传播速度D．水波在深水区的传播速度小于在浅水区的传播速度7．如图1所示为用超声波测速的装置，该仪器可以向正在平直公路上匀速行驶的汽车发出一束短促的超声波（图甲中振幅较大的波形），并且能收到反射回来的超声波（图甲中振幅较小的波形），将两种波形显示在屏幕上，相邻波形间的时间间隔如图乙所示，超声波的速度为0v，其发射方向与汽车行驶方向相同，则这辆汽车的行驶速度为（用0v、T0、△t表示）。8．一声波在空气中的波长为25cm，速度为340m/s，当折射入另一种介质时，波长变为80cm，求：（1）声波在这种介质中的传播速度（2）入射角的正弦与折射角的正弦之比。图1