惠更斯原理波的反射与折射

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1、球画波的波布与波线平面谨髓武面与泼战用惠史斯原理解 悸球而流的传搞Lru、4XXX，用惠更斯原理解怦平面波的转播4惠更斯原理波的反射与折射一、学习目标1 .理解惠更斯原理.2 .知道波传播到两种介质交界面时会发生反射和折射.3 .知道波发生反射时，反射角等于入射角，反射波的频率、波速和波长都与入射波相同.4 .知道波发生折射是由于波在不同的介质中速度不同，知道折射角与入射角的关系.二、预习与梳理（一）惠更斯原理1 .波面、波前和波线波面：从波源发出的波经过同一传播 而达到的各点所组成的面.波面各质点的 相同.波前：最前面的波面.波线：从波源沿着波的 画出的带箭头的线.2 .平面波、球面波平面波

2、：波面是波.球面波：波面是波.特别提醒 波线与波面垂直，具体情况如图所示.,从这些点发3 .惠更斯原理：波在传播过程中所到达的每一点都可看做新的 出 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 用惠更斯原理解释波的传播在国时间内，子波传播的距离为 r = v用，而子 波形成的新的波前相对于原波面传播的距离 s= v四，表示波向前传播了 vA的距离，如图所示.（二）波的反射1 .定义：波在传播的过程中，遇到两种介质的 时返回到原来的介质继续传播的现象叫波的反射.2 .入射角与反射角入射角：入射波线与法线的夹角，如图右中的a.反射角：反射波线与法线的夹角，如图右中的 83 .反射定律：当

3、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（即折射波线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叫做波的折射.2 .折射定律（如图所示）波在介质中发生折射时，入射线、法线、折射线 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.对给定的两种介质，该比值为常数.vi sin iV2 sin r 3.结论：（1）当vi

4、丫2时，ir,折射线折向法线.（2）当v1v2时，ivr,折射线折离法线.当垂直界面入射（i=0）时，r=0,传播方向不改变，属折射中的特例.三、名师解疑（一）反射现象的应用1 .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s=v声2.v向静止的声源运动时，声源v远离声源时，声源发声时障碍（2）当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度 发声时障碍物到声源的距离为s= （v声+ v） 2.（3）当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物

5、以速度物到声源的距离s=（v声一v）；.2 .超声波定位蝙蝠能发出超声波，超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来，蝙蝠就根据接收 到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物位置，从而确定飞行方向.另外海豚、雷达 也是利用波的反射来定位和测速的.特别提醒：人耳只能区分开相差 0.1 s以上的两个声音.（二）波在反射、折射现象中的波长、频率和波速波现象比较项波的反射波的折射传播方向改变。反=。入改变 。折w。入频率f/、变/、变波速v/、变改变波长入/、变改变特别提醒 (1)频率f由波源决定，故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率，即波源的振动频率相同.(2)波速v由介质决定，故反射波与入射波在同

6、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v=入知，波长入与v及f有关，即与介质及波源有关，反射波与入射波在同一介质中，频率相同，故波长相同.折射波与入射波在不同介质中传播，f相同，v不同，故 入不同.四、典型例题精讲例1: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1.00s第一次听到回声，又经过 0.50 s再次听到回声，已知声波为340 m/s,则两峭壁间的距离为 m.借题发挥(1)声波碰到障碍物时要发生反射，反射回来的声波传入耳朵里就是回声，人能区分原声与回声的时间间隔至少在0.1 s以上.(2)一般情况下，反射过程中认为传播速

7、度不发生改变，和解决匀速运动的方法是一致的.在应用波的反射定律的时候，我们通常先画出波反射的几何图形，这样对解题能起到 直观和清晰的作用，能更好地解题.变式1:甲、乙两人平行站在一堵墙前面，二人相距2a m,距墙均为43a m,当甲开了一枪后，乙在t s后听到第一声枪响，则乙在什么时候才听到第二声枪响().A.听不到B.甲开枪后3t s37C.甲开枪后2t s D.甲开枪后，2寸s例2:如图所示是声波从介质I进入介质H的折射情况，由图判断下面说法正确的是().A.若以 L则声波在介质I中的传播速度大于声波在介质n中的传播速度B.若日 也，则介质I可能是空气，n介质可能是水C.若日 也，则介质I

8、可能是钢铁，n介质可能是空气D,在介质I中的传播速度vi与在介质n中的传播速度sin (2sin 9i借题发挥 根据折射定律可以找出在某种介质中的速度和角度的关系.【变式2】如图所示，是一列机械波从一种介质进入另一种介质发生的现象，已知波在介质 1中的波速为vi,波在介质 2中的波速为V2,则vi ： V2为多少？五、随堂练习1.人耳只能区分相差0.1 S以上的两个声音，人要听到自己讲话的回声，离障碍物的距离至少要大于（）.A. 34 mB. 17 mC. 100 mD. 170 m2.如图所示，一机械波由介质I射入介质H ,在界面 MN上发生偏折.下列说法正确的是（）.A .波在介质I中传播

9、的速度大B.波在介质II中传播的速度大C.波在介质I中和介质II中传播的速度之比为D.波在介质n中和介质I中传播的速度之比为3.如图所示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中的速度为V1,波在介质II中的波速为V2.则 V1 ： 丫2为（）.A. 1 ：也B.亚：1C# :也D.也：我4.如图所示，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受装置的渔船上，当它向选定的方 向发射出频率为5.8 X 104Hz的超声波后，经过0.64 s收 到从鱼群反射回来的反射波，已知频率为 5.8 X 104Hz的 超声波在水中的波长为2.5 cm则这群鱼跟渔船的距离

10、为m.六、课后作业班级 小组 姓名A卷1 .下列说法中正确的是（）.A.水波是球面波 B.声波是球面波C.只有横波才能形成球面波D.只有纵波才能形成球面波2 .声波从声源发出，在空中向外传播的过程中（）.A.波速在逐渐变小B.频率在逐渐变小C.振幅在逐渐变小D.波长在逐渐变小3 .下列现象中属于声波反射现象的是（）.A.隔着墙能听到房间外面有人讲话B.音响设备制作时要考虑混合效应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4 .夏天听到雷声隆隆不绝，是由于 （）.A.声波在云层多次反射造成的B.声波透进云层发生折射造成的C.云层之间发生多次放电造成的D.以上说法都不对5 . 一列声

11、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6.下列说法正确的是（）.A.波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长变短B.波发生反射时，频率、波长、波速均不变C.波发生折射时，波的频率不变，但波长、波速发生变化D.波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化7. 一列波由固体传入液体时，下列说法中正确的是（）.A.入射波的波长大于折射波的波长B.入射波的波速大于折射波的波速C.入射波的频率大于折射波的频率D.入射波的入射角大于折射波的折射角8 .如图所示中分别代表入射波、反射波、折射波的

12、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9 .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2s后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离多远?(v 声=340 m/s)10 . 一列声波在空气中的波长为 34 cm,传播速度为340 m/s,这列声波传入 另一介质时，波长变为68 cm,它在这种介质中的传播速度是多少？该声波在 空气中与介质中的频率各是多少？11 .天空有近似等高的浓云层.为了测量云层的高度，在水平地面上与观测者 的距离为d=3.

13、0 km处进行一次爆炸，观测者听到由空气直接传来的爆炸声和 由云层反射来的爆炸声时间上相差N=6.0 s.试估算云层下表面的高度.（已知空气中的声速v = （ km/s.）312 . 一列波以60。入射角入射到两种介质的交界面，反射波刚好与折射波垂 直.若入射波的波长为0.6 m,那么折射波的波长为多少？反射波的波长为多 少？B卷13 .如图所示，一列平面波朝着两种介质的界面传播，A1A2是它在介质I中的一个波面，C1和C2位于两种介质的界面上，B1B2是这列平面波进入介质H 后的一个波面；A1C1和A2c2是它的两条波线，.入射角为6,折射角为色，波在I、II介质中的传播速度分别为V1和V2

14、.介质次久、广一 ,一sin 1 V1工 试根据惠更斯原理证明：s- ,；7屋段 毋若已知a = 53(sin 53 = 0.8), A1A2的长度为人0.6 m ,介质I和介质II中的波速之比为V1 : V2B=4 ： 3,则：A1C1B1与A2c2B2的长度相差多少?典型例题参考答案例1.解析 假设两峭壁间的距离为 s,测量员离某一峭壁距离为 S1,离另一峭壁距离为 S2,则 s= S1+S2,第一次听到回声 ti=1.00 s,第二次听到回声 t2= 1.5 s,由此可得2Si = vti,2s2=vt2,vtl + vt2解上式得：s= -2= 425 m.答案 425变式1:解析如图

15、所示，第一声枪响是从甲直接传到乙，所需时间t=第二声枪响是声波经墙反射后传到乙，根据波的反射定律，反射后声波所走路程x=2a2+ (V3a)2 = 4a m.所需时间 t = xv-= 4va 甲，工 j由的t =2t,故C项正确. 答案 C例2:解析 根据折射定律：v1=sin-i,故D错，而A正确；若 &02,则v2 sin 2匕v1v2, i若是空气，n不可能是水，因为声波在空气中的传播速度比在水中小，:故B错，而C正确.答案 AC变式2:解析 因为i = 60。，r = 45。，由折射定律可知：2=皿=壬=幸 答案 隼v2 sin r, 2. 22随堂练习参考答案,vt八1. B解析

16、声波在空气中传播的速度约为340 m/s,因此2x=vt, x=-2=17 m, B正确.12. BD解析 由波的折射定律 户=普可知v1v2,且4=；1n 30三 = r，故B、D正确.v2 sin rv2 sin 60332sin 61 v1v1 sin 60 l l 一一一，一 一，3. C解析 根据折射定律sn吊=%可彳导 Ln 45三m J2,所以选项C正确.2s小4. 解析 鱼跟渔船的距离为 s,根据波的反射t=T 又波速公式v =入f 由两式得：s= 464 m课后作业参考答案1. B解析 该题考查了波面，根据球面波的定义可知：若波面是球面则为球面波，与横波、 纵波无关，由此可知

17、 B正确.由于水波不能在空间中传播，所以它不是球面波，A不正确.2. C解析 根据惠更斯原理知，声波从声源发出后，在空中向外传播的过程中，形成了以波 源为中心的波面，波面上的每个点都是子波的波源，然后又形成子波波面.形成包络面，即 为新波面.但声源提供的能量一定，在形成新的波面后，总能量不变，但新波面单位面积内 获得的能量减少，故在波的传播过程中振幅逐渐减少，故应选 C.3. BC解析 反射现象是波在同一种介质中的传播，因此 B、C正确.波在不同种介质中传播是折射现象，D不正确.A是在另一种介质的另一面不是反射现象.4. A解析 雷声隆隆不绝，我们好像听到了多个雷声，实际是一次声音在云层中多次

18、反射， 传到人耳中有时间间隔造成的.5. B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错误；又因波在水中速度较大，由公式 v=人可得，波在水中的波长变大，故 A错误、B正确.6. BC解析 波发生反射时，在同一种介质中运动，因此波长、波速和频率不变；波发生折射时，频率不变，波速变，波长变.故B、C正确，A、D错误.7. ABD解析 固体波速大于液体波速，而波的频率并未变化，所以选项 A、B正确，C错误； 由折射定律可知，选项 D正确.8. D解析 反射波的波长、频率、波速与入射波都相等，故A错误、B错误；折射波的波长、波速与入射波的都不等，但频率相等，故C错误

19、、D正确.9. 解析 若汽车静止问题就简单了， 现汽车运动，声音传播，如下图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xi, C点到山崖B距离为x；声声波 W ?波由A到B再反射到C路程为X2,因汽车与声波运动时间同为 t,则； 一下有X2=Xi + 2X汽车“2 声波 /即v声t= v汽t+ 2x所以x =(v 声一v汽 t (340 15 产 22=2m= 325 m.答案325 mv 340 m/s10.解析在空气中 v= =4=34*0 2= 1 000 Hz.由于波由一种介质进入另一种介质时， f不变，则在介质中时，v = X,f v = 1 000 X 68X 10

20、2 m/s =680 m/s.答案 680 m/s 1 000 Hz 1 000 Hz11解析由题意画出其平面图如图所示.设云层下表面的高度为h,则由云层反射来的爆炸声传播距离为s= 2 2+ g j,声音反射传来的时间为t1 = s,声音直接传来的时间为t2=d.则t1-t2= At,将数据代入以v上各式得：h=2.0 km. 答案 2.0 km12.解析 如图所示，设折射角为 8,由图可知，60。+仁90。，则。 sin 60 0= 30 ,故折射率 n=sin 30 5 0v1v2f a_0.6 m相？22解得 =0.273 m0.35 m.由于反射波与入射波在同一种介质中，波速不变，则

21、波长也不变，即入2=4=0.6 m.答案 0.35 m 0.6 mCiDi 与 C2D213.解析（1）证明：如图，根据惠更斯原理画出波面在 RtzCiDiC2和 RtAC2D2C1 中：/C2C1D1 = 01, /C1C2D2 =伤，有:D1C2sin 以= C1C2八 C1D2sin 4 C1C2又因为DiC2 = vitClD2=V2t所以联立各式得：S = V1得证.sin t2 V2根据 sinT = v1, Vi V2=4 3 和 8i=53得：02=37 sin 也 V2所以 CiC2=1.0 m,DiC2=0.8 m,CiD2=0.6 m,所以 AiCiBi 与 A2c2B2 的长度相差 Ar= D1C2 CiD2=0.2m.答案 (1)见解析 (2)0.2 m