波的折射反射

1、第2節(jié)波的反射和折射一、惠更斯原理一、惠更斯原理1.1.幾個概念幾個概念: :(1)(1)波面波面: :從波源發(fā)出的波從波源發(fā)出的波, ,經過同一經過同一_到達的各點所組成的面到達的各點所組成的面, ,如圖所示。如圖所示。傳播時間傳播時間(2)(2)球面波球面波: :波面是波面是_的波的波, ,如空氣中的聲波。如空氣中的聲波。(3)(3)平面波平面波: :波面是波面是_的波的波, ,如水波。如水波。(4)(4)波線波線: :用來表示波的用來表示波的_的線。的線。(5)(5)包絡面包絡面: :某時刻與所有子波波面某時刻與所有子波波面_的曲面。的曲面。球面球面平面平面?zhèn)鞑シ较騻鞑シ较蛳嗲邢嗲?.2

2、.惠更斯原理惠更斯原理: :(1)(1)內容內容: :惠更斯原理惠更斯原理: :介質中波陣面上的每一個點介質中波陣面上的每一個點, ,都可以看成一都可以看成一個個_,_,這些新波源發(fā)出子波這些新波源發(fā)出子波, ,經過一定時間后經過一定時間后, ,這些子波的這些子波的_就構成下一時刻的波面。就構成下一時刻的波面。(2)(2)應用應用: :可以解釋可以解釋_。新的波源新的波源包絡面包絡面波的傳播波的傳播【判一判【判一判】(1)(1)波面一定是面。波面一定是面。( () )(2)(2)波線與各個波面總是垂直的。波線與各個波面總是垂直的。( () )(3)(3)利用惠更斯原理可以解釋球面波和平面波波面

3、的形成。利用惠更斯原理可以解釋球面波和平面波波面的形成。( () )提示提示: :(1)(1)。波面不一定是面。波面不一定是面, ,如水波如水波, ,它只能在水面?zhèn)鞑ニ荒茉谒鎮(zhèn)鞑? ,水的波面水的波面可以是以波源為圓心的一簇圓?？梢允且圆ㄔ礊閳A心的一簇圓。(2)(2)。不管是球面波還是平面波。不管是球面波還是平面波, ,其波線與波面均垂直。其波線與波面均垂直。(3)(3)。根據(jù)惠更斯原理。根據(jù)惠更斯原理, ,不管是球面波還是平面波不管是球面波還是平面波, ,新的波面就是與新的波面就是與子波波面相切的包絡面。子波波面相切的包絡面。二、波的反射和折射二、波的反射和折射1.1.波的反射波的反射:

4、 :(1)(1)反射現(xiàn)象反射現(xiàn)象: :波遇到障礙物時會波遇到障礙物時會_繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。(2)(2)反射定律反射定律: :反射波線、入射波線和反射波線、入射波線和_在同一平面內在同一平面內; ;反射波線反射波線和入射波線分別位于和入射波線分別位于_的兩側的兩側; ;反射角等于反射角等于_。返回來返回來法線法線法線法線入射角入射角2.2.波的折射波的折射: :(1)(1)折射現(xiàn)象折射現(xiàn)象: :波在傳播過程中波在傳播過程中, ,由一種介質進入另一種介質時由一種介質進入另一種介質時, ,_發(fā)生偏折的現(xiàn)象。發(fā)生偏折的現(xiàn)象。(2)(2)折射定律折射定律: ,: ,式中式中v v1 1和和

5、v v2 2分別是分別是_和和_中的波速。中的波速。傳播方向傳播方向sini_sinr12vv波在介質波在介質介質介質【判一判【判一判】(1)(1)波遇到兩種介質界面時波遇到兩種介質界面時, ,總存在反射現(xiàn)象。總存在反射現(xiàn)象。( () )(2)(2)反射波的波長、頻率和波速都跟入射波相同。反射波的波長、頻率和波速都跟入射波相同。( () )(3)(3)波發(fā)生折射時波的頻率發(fā)生變化。波發(fā)生折射時波的頻率發(fā)生變化。( () )提示提示: :(1)(1)。波遇到兩種介質界面時。波遇到兩種介質界面時, ,總有一部分波被返回仍然在原總有一部分波被返回仍然在原來的介質中傳播而形成反射現(xiàn)象。來的介質中傳播而

6、形成反射現(xiàn)象。(2)(2)。反射波和入射波在同一介質中傳播。反射波和入射波在同一介質中傳播, ,介質決定波速介質決定波速, ,因此波速因此波速不變不變, ,波的頻率由波源決定波的頻率由波源決定, ,因此頻率也不變因此頻率也不變, ,根據(jù)公式根據(jù)公式= = 可知波長可知波長也不變。也不變。(3)(3)。波的頻率由波源決定。波的頻率由波源決定, ,因此波的頻率不變。因此波的頻率不變。vf一、波的反射現(xiàn)象的應用一、波的反射現(xiàn)象的應用思考探究思考探究: :蝙蝠的視覺很不發(fā)達蝙蝠的視覺很不發(fā)達, ,而它卻可以在夜間準確而敏捷地捕捉飛蟲和躲而它卻可以在夜間準確而敏捷地捕捉飛蟲和躲避障礙物避障礙物, ,能做

7、圓形轉彎、急剎車和快速變換飛行速度等多種能做圓形轉彎、急剎車和快速變換飛行速度等多種“特技特技飛行飛行”。請問。請問: :(1)(1)蝙蝠在夜間飛行是靠什么器官來導航的蝙蝠在夜間飛行是靠什么器官來導航的? ?(2)(2)蝙蝠利用了聲波的什么現(xiàn)象蝙蝠利用了聲波的什么現(xiàn)象? ?提示提示: :(1)(1)不是靠眼睛看的不是靠眼睛看的, ,而是耳朵和發(fā)音器官來進行導航的。而是耳朵和發(fā)音器官來進行導航的。(2)(2)反射現(xiàn)象。反射現(xiàn)象?！練w納總結【歸納總結】1.1.回聲測距回聲測距: :(1)(1)當聲源不動時當聲源不動時, ,聲波遇到了障礙物會返回來繼續(xù)傳播聲波遇到了障礙物會返回來繼續(xù)傳播, ,反射波

8、和反射波和入射波在同一介質中傳播速度相同入射波在同一介質中傳播速度相同, ,因此因此, ,入射波和反射波在傳播距入射波和反射波在傳播距離一樣的情況下用的時間相等離一樣的情況下用的時間相等, ,設經過時間設經過時間t t聽到回聲聽到回聲, ,則聲源距障則聲源距障礙物的距離為礙物的距離為s=vs=v聲聲 。(2)(2)當聲源以速度當聲源以速度v v向靜止的障礙物運動或障礙物以速度向靜止的障礙物運動或障礙物以速度v v向靜止的向靜止的聲源運動時聲源運動時, ,聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為s=(vs=(v聲聲+v) +v) 。t2t2(3)(3)當聲源以速度當聲源以速度

9、v v遠離靜止的障礙物或障礙物以速度遠離靜止的障礙物或障礙物以速度v v遠離靜止的遠離靜止的聲源時聲源時, ,聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為s=(vs=(v聲聲-v) -v) 。t22.2.超聲波定位超聲波定位: :蝙蝠能發(fā)出超聲波蝙蝠能發(fā)出超聲波, ,超聲波遇到障礙物或捕食目標時會超聲波遇到障礙物或捕食目標時會被反射回來被反射回來, ,蝙蝠就根據(jù)接收到的反射回來的超聲波來確定障礙物或蝙蝠就根據(jù)接收到的反射回來的超聲波來確定障礙物或食物的位置食物的位置, ,從而確定飛行方向。另外海豚、雷達也是利用波的反射從而確定飛行方向。另外海豚、雷達也是利用波的反射來定位和測速

10、的。來定位和測速的?！咎貏e提醒【特別提醒】(1)(1)波的反射現(xiàn)象中反射波和入射波是在同一種介質中的傳播現(xiàn)象波的反射現(xiàn)象中反射波和入射波是在同一種介質中的傳播現(xiàn)象, ,波波的傳播速度不變。的傳播速度不變。(2)(2)利用回聲測距時首先要明確聲源和障礙物的運動情況利用回聲測距時首先要明確聲源和障礙物的運動情況, ,再選擇不同再選擇不同的公式進行計算。的公式進行計算。【典例示范【典例示范】醫(yī)用醫(yī)用B B超儀發(fā)出的超聲波頻率為超儀發(fā)出的超聲波頻率為7.257.2510104 4Hz,Hz,這種超聲這種超聲波在人體內傳播的波長為波在人體內傳播的波長為2cm,2cm,在給某患者的肝臟病變部分進行檢測時在

11、給某患者的肝臟病變部分進行檢測時( (如圖如圖),),從探頭發(fā)出的同一超聲脈沖波經病變部分反射回到探頭有兩從探頭發(fā)出的同一超聲脈沖波經病變部分反射回到探頭有兩個信號個信號, ,相隔時間為相隔時間為tt=32s,=32s,試計算患者病變部分的厚度。試計算患者病變部分的厚度?！窘忸}探究【解題探究】(1)(1)怎樣計算超聲波在人體內的速度怎樣計算超聲波在人體內的速度? ?提示提示: :v=v=f f。(2)(2)怎樣計算患者病變部分的厚度怎樣計算患者病變部分的厚度? ?提示提示: :h= h= 。v t2【正確解答【正確解答】超聲脈沖波在進到病變區(qū)的前后界面上會發(fā)生兩次反射超聲脈沖波在進到病變區(qū)的前

12、后界面上會發(fā)生兩次反射, ,忽略波速在肝臟中的速度變化忽略波速在肝臟中的速度變化, ,則有則有v=fv=f=2=21010-2-27.257.2510104 4m/s=1450m/s;m/s=1450m/s;病變區(qū)厚度病變區(qū)厚度: :h= =2.32cmh= =2.32cm。答案答案: :2.32cm2.32cm6v t1 450 32 10m22【過關訓練【過關訓練】1.1.下列敘述不屬于波的反射現(xiàn)象的是下列敘述不屬于波的反射現(xiàn)象的是( () )A.A.潛水艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況潛水艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況B.B.隱形飛機怪異的外形及表面涂特殊隱形物質隱形飛機怪異的外形及表

13、面涂特殊隱形物質C.C.夏日的雷聲轟鳴不絕夏日的雷聲轟鳴不絕D.D.墻里說話墻外聽墻里說話墻外聽【解析【解析】選選D D。潛水艇利用波的反射原理使用聲吶探測周圍物體的分。潛水艇利用波的反射原理使用聲吶探測周圍物體的分布情況布情況,A,A屬于屬于; ;隱形飛機怪異的外形及表面涂特殊隱形物質是為了減隱形飛機怪異的外形及表面涂特殊隱形物質是為了減少波的反射少波的反射, ,從而達到隱形的目的從而達到隱形的目的,B,B屬于屬于; ;夏日的雷聲轟鳴不絕是由于夏日的雷聲轟鳴不絕是由于云層不斷地反射聲音造成的云層不斷地反射聲音造成的,C,C屬于屬于; ;墻里說話墻外聽屬于波的衍射現(xiàn)墻里說話墻外聽屬于波的衍射現(xiàn)

14、象象, ,不屬于波的反射現(xiàn)象不屬于波的反射現(xiàn)象, ,故選故選D D。2.(20152.(2015武漢高二檢測武漢高二檢測) )人耳只能區(qū)分相差人耳只能區(qū)分相差0.1s0.1s以上的兩個聲音以上的兩個聲音, ,人人要聽到自己講話的回聲要聽到自己講話的回聲, ,人離障礙物的距離至少要大于人離障礙物的距離至少要大于( (已知聲音在空已知聲音在空氣中的傳播速度為氣中的傳播速度為340 m/s340 m/s) )( () )A.34 mA.34 mB.17 mB.17 mC.100 mC.100 mD.170 mD.170 m【解析【解析】選選B B。從人講話到聲音傳到人耳的時間取。從人講話到聲音傳到人

15、耳的時間取0.1s0.1s時時, ,人與障礙人與障礙物間的距離最小。單程考慮物間的距離最小。單程考慮, ,聲音從人傳到障礙物或從障礙物傳到人聲音從人傳到障礙物或從障礙物傳到人耳時耳時t= =0.05 s,t= =0.05 s,故人離障礙物的最小距離故人離障礙物的最小距離x=vtx=vt=340=3400.05 m0.05 m=17 m,=17 m,故故B B正確。正確。0.1 s2【補償訓練【補償訓練】1.1.人在室內講話的聲音比在室外空曠處講話聲音要洪亮人在室內講話的聲音比在室外空曠處講話聲音要洪亮, ,是因是因為為( () )A.A.室內空氣不流動室內空氣不流動B.B.室內聲音多次反射室內

16、聲音多次反射C.C.室內聲音發(fā)生折射室內聲音發(fā)生折射D.D.室內物體會吸收聲音室內物體會吸收聲音【解析【解析】選選B B。人在室內說話。人在室內說話, ,聲波會被室內物體、墻壁反射聲波會被室內物體、墻壁反射, ,甚至反甚至反射多次射多次, ,與原聲混在一起與原聲混在一起, ,使原聲得到加強而顯得聲音洪亮。使原聲得到加強而顯得聲音洪亮。2.2.某物體發(fā)出的聲音在空氣中的波長為某物體發(fā)出的聲音在空氣中的波長為1 m,1 m,波速為波速為340 m/s340 m/s, ,在海水中在海水中的波長為的波長為4.5 m,4.5 m,在海面上發(fā)出的聲音經在海面上發(fā)出的聲音經0.4 s0.4 s聽到回聲聽到回

17、聲, ,則海水的深度則海水的深度為多少為多少? ?【解析【解析】聲音在空氣中與在水中頻率相同，由聲音在空氣中與在水中頻率相同，由所以所以v v水水= = 340 m/s=1 530 m/s340 m/s=1 530 m/s，故故s=vs=v水水 =1 530=1 530 =306 m =306 m答案答案: :306 m306 mvvvf 水空空水得，4.5v1水空空t20.4m2【規(guī)律方法【規(guī)律方法】求解回聲測距問題的技巧求解回聲測距問題的技巧(1)(1)求解反射波的波速是解題的基礎。求解反射波的波速是解題的基礎。若波在同一種均質介質傳播過程中反射若波在同一種均質介質傳播過程中反射, ,則反

18、射波的波速與入射波相同。則反射波的波速與入射波相同。若波由一種介質進入另一種介質中時若波由一種介質進入另一種介質中時, ,則根據(jù)波由一種介質進入另一種介則根據(jù)波由一種介質進入另一種介質時頻率不變質時頻率不變, ,由由v=fv=f求得波在另一種介質中的速度。求得波在另一種介質中的速度。(2)(2)正確畫出聲波及物體運動過程的幾何關系圖是解題的突破口。正確畫出聲波及物體運動過程的幾何關系圖是解題的突破口。(3)(3)由由s=vts=vt求得聲波及物體運動的距離并列出幾何關系方程是解題的關鍵。求得聲波及物體運動的距離并列出幾何關系方程是解題的關鍵。二、波的折射現(xiàn)象二、波的折射現(xiàn)象思考探究思考探究:

19、:如圖波從一種介質進入另一種介質。如圖波從一種介質進入另一種介質。(1)(1)波從一種介質傳播到另一種介質時波從一種介質傳播到另一種介質時, ,什么物理量沒有發(fā)生變化什么物理量沒有發(fā)生變化? ?(2)(2)哪些物理量發(fā)生了變化哪些物理量發(fā)生了變化? ?提示提示: :(1)(1)波的頻率不變。波的頻率不變。(2)(2)波的傳播方向、波速、波長均發(fā)生了變化。波的傳播方向、波速、波長均發(fā)生了變化?！練w納總結【歸納總結】1.1.波的反射、折射現(xiàn)象中各量的變化波的反射、折射現(xiàn)象中各量的變化: :波向前傳播波向前傳播, ,在兩種介質的界面上同時發(fā)生了反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象在兩種介質的界面上同時發(fā)生了反射現(xiàn)象和

20、折射現(xiàn)象, ,一一些物理量相應地發(fā)生變化些物理量相應地發(fā)生變化, ,比較如下比較如下: :波現(xiàn)象波現(xiàn)象比較項比較項波的反射波的反射波的折射波的折射傳播方向傳播方向改變改變反反=入入改變改變折折入入頻率頻率f f不變不變不變不變波速波速v v不變不變改變改變波長波長不變不變改變改變2.2.折射定律的理解折射定律的理解: :(1)(1)表達式表達式: :(2)(2)理解理解: :折射的原因折射的原因: :波在兩種介質中的傳播速度不同。波在兩種介質中的傳播速度不同。由于波在一種介質中的波速是一定的由于波在一種介質中的波速是一定的, ,所以所以 是一個只與兩種介是一個只與兩種介質的性質有關質的性質有關

21、, ,與入射角、折射角均無關的常數(shù)與入射角、折射角均無關的常數(shù), ,叫作第二種介質相叫作第二種介質相對第一種介質的折射率對第一種介質的折射率, ,所以所以n n2121= = 。當當v v1 1vv2 2時時,ir,ir,折射波的波線靠近法線折射波的波線靠近法線; ;當當v v1 1vv2 2時時,ir,ivv2 2時，時，irir，即折射角折向法，即折射角折向法線，折射角小于入射角；當線，折射角小于入射角；當v v1 1vv2 2時，時，irir，即折射角折離法線，折，即折射角折離法線，折射角大于入射角；射角大于入射角；答案答案: :增大增大12vsinisinrv1sinisin3032s

22、inrsin60332。332.2.一列平面波一列平面波, ,以以3030的入射角投射到兩種介質的交界面的入射角投射到兩種介質的交界面, ,發(fā)生折射發(fā)生折射, ,折射角為折射角為4545, ,若入射波的波長為若入射波的波長為10cm,10cm,則折射波的波長是多少則折射波的波長是多少? ?【解析【解析】根據(jù)折射定律根據(jù)折射定律 又因為又因為v=f,fv=f,f1 1=f=f2 2, ,有有 所以所以2 214.14cm14.14cm。答案答案: :14.14cm14.14cm12vsinisinv，1 112 222fsin3010sin45f【補償訓練【補償訓練】1.(20151.(2015

23、荊州高二檢測荊州高二檢測) )聲波從鐵中進入空氣中聲波從鐵中進入空氣中, ,波長減為原來的波長減為原來的 , ,若聲波在空氣中的傳播速度大小為若聲波在空氣中的傳播速度大小為332m/s,332m/s,則聲波在鐵中傳播速則聲波在鐵中傳播速度大小為度大小為( () )A.332 m/sA.332 m/sB.3B.310108 8m/sm/sC.22.9 m/sC.22.9 m/s D.4 814 m/s D.4 814 m/s229【解析【解析】選選D D。聲音在鐵中與在空氣中頻率相同，。聲音在鐵中與在空氣中頻率相同，由由f=f=所以所以v v鐵鐵= = 332 m/s=4 814 m/s332

24、m/s=4 814 m/s。vvv鐵空鐵空得，29v2鐵空空2.2.如圖所示如圖所示, ,某列波以某列波以6060的入射角由甲介質射到乙介質的界面上同的入射角由甲介質射到乙介質的界面上同時發(fā)生反射和折射時發(fā)生反射和折射, ,若反射波的波線與折射波的波線的夾角為若反射波的波線與折射波的波線的夾角為9090, ,此此波在乙介質中的波速為波在乙介質中的波速為1.21.210105 5km/s,km/s,則則(1)(1)該波的折射角為該波的折射角為。(2)(2)該波在甲介質中的傳播速度為多少該波在甲介質中的傳播速度為多少? ?(3)(3)該波在兩種介質中的波長比為多少該波在兩種介質中的波長比為多少?

25、?【解析【解析】(1)(1)由反射定律可得反射角為由反射定律可得反射角為6060，由題圖的幾何關系可得，由題圖的幾何關系可得折射角為折射角為r=30r=30。(2)(2)由波的折射定律由波的折射定律 1.21.210105 5 km/s=2.08 km/s=2.0810105 5 km/s km/s。(3)(3)因波長因波長= = ，又因為波在兩種介質中的頻率相同，則，又因為波在兩種介質中的頻率相同，則答案答案: :(1)30(1)30 (2)2.08 (2)2.0810105 5 km/s (3) km/s (3)vsinisinisin60vvvvsinrsinrsin30甲甲乙乙乙，所以

26、3212vf55v2.08 10 km/s26v1.2 10 km/s15甲甲乙乙。2615【規(guī)律方法【規(guī)律方法】處理波的折射問題的三點技巧處理波的折射問題的三點技巧(1)(1)弄清折射現(xiàn)象發(fā)生的條件：當波從一種介質斜射入另一種介質弄清折射現(xiàn)象發(fā)生的條件：當波從一種介質斜射入另一種介質時，波才發(fā)生折射現(xiàn)象。時，波才發(fā)生折射現(xiàn)象。( (當波垂直入射時不發(fā)生折射現(xiàn)象當波垂直入射時不發(fā)生折射現(xiàn)象) )(2)(2)抓住入射波與折射波的區(qū)別與聯(lián)系：波的頻率相同、波速不同、抓住入射波與折射波的區(qū)別與聯(lián)系：波的頻率相同、波速不同、波長不同。波長不同。(3)(3)計算時，注意公式計算時，注意公式“ ”“ ”中角度與速度的對應；另外，中角度與速度的對應；另外，可結合可結合v=fv=f及頻率不變的特點，將公式轉化為波長與角度的關系及頻率不變的