新教材鲁科版高中物理选择性必修第一册学案设计第3章波的反射和折射.docx
- 文档编号:23355431
- 上传时间:2023-05-16
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:125.07KB
新教材鲁科版高中物理选择性必修第一册学案设计第3章波的反射和折射.docx
《新教材鲁科版高中物理选择性必修第一册学案设计第3章波的反射和折射.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《新教材鲁科版高中物理选择性必修第一册学案设计第3章波的反射和折射.docx(14页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
新教材鲁科版高中物理选择性必修第一册学案设计第3章波的反射和折射
第2节 波的反射和折射
学习目标:
1.[物理观念]知道波面、波线的概念. 2.[科学思维]了解惠更斯原理. 3.[科学思维]掌握波的反射定律和折射定律.
一、波的反射
1.波面和波线
(1)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,如图所示.
波面和波线
(2)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
(1)球面波:
波面是球面的波.如空气中的声波.
(2)平面波:
波面是平面的波.如水波.
3.波的反射
(1)反射现象:
波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.
(2)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的两侧;反射角等于入射角.
二、波的折射
1.折射现象:
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.
2.折射定律:
=
,式中v1和v2分别是波在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的波速.
三、惠更斯原理
1.内容:
介质中波面上的每一个点,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.包络面:
某时刻与所有子波波面相切的曲面.
1.思考判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)只有平面波的波面才与波线垂直.(×)
(2)任何波的波线与波面都相互垂直.(√)
(3)反射波的频率、波速与入射波相同.(√)
(4)折射波的频率、波速与入射波相同.(×)
2.(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
BC [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.]
3.(多选)下列叙述属于波的反射现象的是( )
A.在空房间里讲话,会感到声音比在野外响
B.水波从深水区入射到浅水区方向变化
C.讲话者又听到自己的回声
D.声波从空气中进入水中速度变大
AC [选项A、C都属于波的反射现象,B、D属于波的折射现象.]
惠更斯原理
波面一定是平面吗?
根据如图思考波线与波面的关系是怎样的.
提示:
波面不一定是平面.波线与波面互相垂直,一定条件下由波面可确定波线,由波线可确定波面.
1.对波线与波面的理解
(1)波面不一定是面,如水波,它只能在水面传播,水波的波面是以波源为圆心的一簇圆.
(2)波线是有方向的一簇线,它的方向代表了波的传播方向.
(3)波线与波面互相垂直,一定条件下由波面可确定波线,由波线可确定波面.
2.惠更斯原理的实质:
波面上的每一点(面源)都是一个次级球面波的子波源,子波的波速与频率等于初级波的波速和频率,此后每一时刻的子波波面的包络面就是该时刻总的波动的波面.其核心思想是介质中任一处的波动状态是由各处的波动决定的.
3.惠更斯原理的局限性:
光的直线传播、反射、折射等都能用此来进行较好的解释.但是,惠更斯原理是比较粗糙的,用它不能解释衍射现象与狭缝或障碍物大小的关系,而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在,而倒退波显然是不存在的.
【例1】 (多选)下列叙述中正确的是( )
A.空间点波源发出的球面波,其波面是一个球面,波线就是以波源为圆心的同心圆
B.平面波的波线是一条直线,其波线相互平行
C.根据惠更斯原理,波面各点都可看作一个子波源,子波前进的方向的包络面就是该时刻的波面
D.利用惠更斯原理,只要知道t时刻波面的位置和波速,就可确定t+Δt时刻波面的位置
BCD [球面波的波线沿球面的半径方向,A错误;平面波的波线是一条直线,由于波线与波面垂直,故平面波的波线相互平行,B正确;由惠更斯原理可知,C正确;利用惠更斯原理,只要知道t时刻波面的位置和波速,就可确定另一时刻波面的位置,D正确.]
利用惠更斯原理解释波的传播的一般步骤
(1)确定一列波某时刻一个波面的位置.
(2)在波面上取两点或多个点作为子波的波源.
(3)选一段时间Δt.
(4)根据波速确定Δt时间后子波波面的位置.
(5)确定子波在波前进方向上的包络面,即为新的波面.
(6)由新的波面可确定波线及其方向.
1.(多选)关于对惠更斯原理的理解,下列说法正确的是( )
A.同一波面上的各质点振动情况完全相同
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
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,而不同波面上质点的振动情况可能相同,如相位相差2π整数倍的质点的振动情况相同,故A对,B错;由波面和波线的概念,不难判定C、D对.故正确答案为A、C、D.]
波的反射
如图所示,一场大雪过后,人们会感到外面万籁俱静.这是怎么回事?
难道是人的活动减少了吗?
提示:
刚下过的雪是新鲜蓬松的,它的表面层有许多小气孔.当外界的声波传入这些小气孔时便要发生反射.由于气孔往往是内部大而口径小.所以,仅有少部分波的能量能通过口径反射回来,而大部分的能量则被吸收掉了.所以不是人的活动减少了.
1.对波的反射的理解
(1)波发生反射时波的传播方向发生了变化.
(2)反射波和入射波在同一介质中传播,介质决定波速,因此波速不变,波的频率是由波源决定的,因此波的频率也不改变,根据公式λ=
,可知波长也不改变.
2.波的反射现象的应用
(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)
.
③当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离声源时,声源发声时障碍物到声源的距离s=(v声-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或测速的.
【例2】 有一辆汽车以15m/s的速度匀速行驶,在其正前有一陡峭山崖,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.现在汽车运动,声音传播,如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=
=
m=325m.
[答案] 325m
2.人耳只能区分相差0.1s以上的两个声音,人要听到自己讲话的回声,人离障碍物的距离至少要大于多少米?
(已知声音在空气中的传播速度为340m/s)
[解析] 从人讲话到声音传到人耳的时间取0.1s时,人与障碍物间的距离最小.单程考虑,声音从人传到障碍物或从障碍物传到人耳时t=
s=0.05s,故人离障碍物的最小距离x=vt=340×0.05m=17m.
[答案] 17m
波的折射
如图所示,骆驼队白天在沙漠中行走时,队伍后面的喊声,队伍前面往往听不到,而夜晚就不同,听的比较清楚,这是什么原因?
提示:
白天近地面的气温较高,声速较大,声速随离地面高度的增加而减小导致声音传播方向向上弯曲;夜晚地面温度较低,声速随离地面高度的增加而增加,声波的传播方向向下弯曲,这也是在夜晚声波传播地比较远的原因.
1.波的反射、折射现象中各量的变化
(1)波向前传播在两种介质的界面上会同时发生反射现象和折射现象,一些相关物理量变化如下:
波现象
比较项
波的反射
波的折射
传播方向
改变 i=i′
改变 r≠i
频率f
不变
不变
波速v
不变
改变
波长λ
不变
改变
(2)说明:
①频率f由波源决定,故无论是反射波的频率还是折射波的频率都等于入射波的频率.
②波速v由介质决定,因反射波与入射波在同一介质中传播,故波速不变;折射波与入射波在不同介质中传播,波速变化.
③根据v=λf,波长λ与v及f有关,即与介质和波源有关,反射波与入射波在同一介质中,波速相同、频率相同,故波长相同.折射波与入射波在不同介质中传播,v不同,f相同,故λ不同.
2.对折射定律的理解
(1)表达式:
=
.
(2)理解
①折射的原因:
波在两种介质中的传播速度不同.
②由于波在一种介质中的波速是一定的,所以
是一个只与两种介质的性质有关,与入射角、折射角均无关的常数,叫作第二种介质相对第一种介质的折射率,所以n21=
.
③当v1>v2时,i>r,折射波的波线靠近法线;当v1 【例3】 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发生反射和折射,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1.2×105km/s. (1)该波的折射角为多大? (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: 解答本题时应注意以下几点: (1)由几何关系求折射角. (2)由折射定律求波速. (3)由v=λf及波在两种介质中频率相同求波长之比. [解析] (1)由反射定律可得反射角为60°,由题图的几何关系可得折射角为r=30°. (2)由波的折射定律得 = ,所以v甲= ·v乙= ·v2= ×1.2×105km/s=2.08×105km/s. (3)因波长λ= ,又因为波在两种介质中的频率相同,则 = = = . [答案] (1)30° (2)2.08×105km/s (3) 处理波的折射问题的三点技巧 (1)弄清折射现象发生的条件: 当波从一种介质斜射入另一种介质时,波才发生折射现象.(当波垂直入射时不发生折射现象) (2)抓住入射波与折射波的区别与联系: 波的频率相同、波速不同、波长不同. (3)计算时,注意公式“ = ”中角度与速度的对应;另外,可结合v=λf及频率不变的特点,将公式转化为波长与角度的关系 解决有关波长的问题. 3.图中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、波长均相等 D.3与1的频率相等,波速、波长均不等 D [波1、2都在介质a中传播,故1、2的频率、波速、波长均相等,A、B错;波1、3是在两种不同介质中传播,波速不同,但波源没变,因而频率相等,由λ= 得波长不同,故C错,D对.] 1.物理观念: 波面、波线、反射现象、折射现象. 2.科学思维: 惠更斯原理、反射定律、折射定律. 3.科学方法: 比较波的反射和折射的不同. 1.(多选)以下关于波的认识,正确的是( ) A.潜水艇利用声呐探测周围物体的分布情况,用的是波的反射原理 B.隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊吸波材料,是为了减少波的反射,从而达到隐形的目的 C.雷达的工作原理是利用波的直线传播 D.水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象,是波的折射现象 ABD [本题考查波的反射、折射现象在实际问题中的应用.声呐、雷达都是利用接收反射波来进行定位,A正确,C错误;D选项中水波的传播方向发生改变属于波的折射现象,D正确;隐形飞机是通过减少波的反射达到隐形的目的,B正确.] 2.(多选)下列说法正确的是( ) A.任何波的波线都表示波的传播方向 B.波面表示波的传播方向 C.只有横波才有波面 D.波传播中某时刻任一波面上各子波波面的包络面就是新的波面 AD [波线表示波的传播方向,故A选项正确,B选项错误;所有的波都具有波面,故C选项错误;由惠更斯原理可知,故D选项正确.] 3.甲、乙两人平行站在一堵又高又宽的墙前面,二人相距2a,距墙均为 ,当甲开了一枪后,乙在t时间后听到第一声枪响,则乙听到第二声枪响的时间为( ) A.甲开枪t后 B.甲开枪2t后 C.甲开枪3t后D.甲开枪4t后 B [设声速为v,乙听到第一声枪响必然是甲开枪的声音直接传到乙的耳朵中,故t= ① 甲、乙两人与墙的位置如图所示,乙听到的第二声枪响必然是墙反射的枪声,由声波的反射定律和几何关系得: AC=BC=AB=2a. 故乙听到第二声枪响的时间t′= = ② 由①②得: t′=2t,故B对.] 4.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°.该波的折射角为________. [解析] 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r=30°. [答案] 30°
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 新教材 鲁科版 高中物理 选择性 必修 一册 设计 反射 折射