第四节 波的反射和折射

　　1．知道波传播到两种介质交界面时，会发生反射和折射

　　2．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．

　　3．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、重点难点

　　重点：波的反射和折射定律．

　　难点：对波面和波线概念的理解．

　　教学过程：

　　机械振动在介质中的传播形成机械波．我们通过波速、周期等物理量描述了机械波，波作为一种运动的形式既具有一般运动所具有的普遍性，又具有区别于其他运动形式的特殊性．波的反射和折射、波的衍射、波的干涉这些现象是波动形式的共同特性，也是学好以后知识的基础．

　　（一）波的反射

　　【演示】在水波槽的装置中，把一根金属丝固定在振动片上，当金属片振动时，金属丝周期性的触动水面，形成波源，在水面上从波源发出一列圆形波．

　　将实验现象用投影仪投影在屏幕上，可观察到：

　　（1）水面上形成一列圆形波

　　（2）画面上的圆形是朝各个方向传播的波峰波谷．

　　1．波面和波线

　　（1）波面：同一时刻，介质中处于波峰或波谷的质点所构成的面叫做波面．

　　（2）波线：用来表示波的传播方向的跟各个波面垂直的线叫做波线．如图所示．

　　2．波的反射：波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫做波的反射．

　　【演示】观察反射现象．在水波槽中放一块长木板，会看到从波源发出的圆形波，遇到长木板后有一列圆形波从长木板反射回来．

　　3．反射规律

　　（1）入射角（i）和反射角（ ）：入射波的波线与平面法线的夹角i叫做入射角．反射波的波线与平面法线的夹角 叫做反射角．如图所示。

　　（2）反射规律

　　①反射定律：入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分居法线两侧，反射角等于入射角 。

　　②反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同．

　　4．波遇到两种介质界面时，总存在反射．

　　（二）波的折射

　　【演示】在水槽的一部分底面上放一块厚玻璃板，使槽分为深水区和浅水区两个区域，（水波在这两个区域中传播速度不同，因而可以把这两个区域看做是不同的介质），让水波从深水区射到两个区域分界面上，并用投影仪将演示现象投影到屏幕上．同学们可以看到波由深水区进入浅水区继续传播，但是改变了传播方向．

　　1．波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生了改变的现象叫做波的折射．

　　2．折射规律：

　　（1）折射角（r）：折射波的波线与两介质界面法线的夹角r叫做折射角．如图所示．

　　（2）折射定律

　　①折射定律：入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居法线两侧．入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比

　　可见：当 时， 折射角折向法线

　　当 时， 折射角折离法线

　　当垂直界面入射（ ）时， 传播方向不改变，属折射中的特例．

　　②在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变．

　　3．波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同．

　　［例1］分析下列现象的原因：

　　1．回声

　　2．夏日的雷声轰鸣不绝

　　3．在空房间里讲话感觉声音响

　　［解析］

　　1．回声是声波的反射现象．原因是对着山崖或高墙说话，声波传到山崖或高墙时，会被反射回来继续传播．

　　2．夏日的雷声轰鸣不绝．原因是声波在云层界面多次反射．

　　3．在空房间里讲话感觉声音响．原因是：声波在普通房间里遇到墙壁、地面、天花板发生反射时，由于距离近，原声与回声几乎同时到达人耳．人耳只能分开相差0.1s以上的声音．所以，人在房间里讲话感觉声音比在野外大，而普通房间里的幔帐、地毯、衣物等会吸收声波，会影响室内的声响效果．

　　【例2】某测量员是这样利用回声测距离的：他站在两平行墙壁间某一位置鸣枪，经过1.00s第一次听到回声，又经过0.5s再次听到回声，已知声速为340m／s，则两墙壁间的距离为________m．

　　【解析】测量员先后听到两次回声分别是前（离他较近的墙）后两墙对声波的反射所造成的．设测量员离较近的前墙壁的距离为x，则他到后墙壁的距离为 ．所以有 解得两墙壁间的距离s＝425m．

　　【小结】当波遇到两种介质界面时，一般会同时发生反射（一定发生）和折射（当发生全反射时，不存在折射）．它们分别遵循反射定律（ ）和折射定律（ ）．

　　课堂跟踪反馈

　　1．甲、乙两人平行站在一堵墙前面，二人相距2am，距墙均为 am，当甲开了一枪后，乙在ts后听到第一声枪响，则在什么时候第二声枪响才能传到乙（  ）

　　A．传不到

　　B．甲开枪后3ts

　　C．甲开枪后2ts

　　D．甲开枪后

　　2．人要把原声与回声区分出来，则障碍物离人至少多远？（已知声音在空气中的传播速度340m/s）

　　3．水波以一定的入射角由浅水区射入深水区，折射线是折向法线还是折离法线？

　　参考答案：

　　1．C

　　2．17m

　　3．折离法线

　　（一）知识教学点

　　1．知道波传播到两种介质交界面时，会发生反射和折射．

　　2．理解波反射、折射时遵守的规律，会根据波面、波线进行分析．

　　（二）能力训练点

　　1．通过实验引入波面、波线，提高抽象分析的能力．

　　2．与光的反射定律、折射定律相比较，提高类比分析的能力．

　　（三）德育渗透点

　　理论联系实际，分析解释现象．

　　（四）美育渗透点

　　体会波面和波线图的形态美、对称美．

　　二、学法引导

　　1．教师利用实验演示，类比光的反射、折射突破重难点．

　　2．学生应联系生活实际观察研究实验理解本节内容．

　　三、重点·难点·疑点及解决办法

　　1．重点：反射、折射规律．

　　2．难点：波面、波线的概念．

　　3．疑点：反射、折射中波发生变化的是什么，不发生变化的是什么？

　　4．解决办法

　　（1）认真做好实验，在实验的基础上引入波面、波线的概念．

　　（2）利用类比分析，理解波的反射、折射．

　　（3）根据频率、波长、波速的知识，分析讨论变与不变．

　　（4）分析解释现象，提高说理能力．

　　四、课时安排

　　1课时

　　五、教具学具准备

　　水波槽，视频投影仪．

　　课件1：波的反射．

　　课件2：波的折射．

　　六、师生互动活动设计

　　从现象→规律→现象，师生结合实际和波动知识共同讨论、总结，培养学生的科研素养．

　　七、教学步骤

　　（一）明确目标

　　（略）

　　（二）整体感知

　　波的反射和折射是常见的现象，从现象中抽象出结论，再用来解释现象，使学生提高学习的兴趣，感受知识的力量．

　　（三）重点、难点的学习与目标完成过程

　　1．波面和波线

　　演示实验：水波槽中的波．

　　演示课件：某一时刻水波槽中波的照片．

　　引入波面、波线概念．

　　（1）波面

　　同一时刻，介质中处于波峰或波谷的质点所构成的面．

　　（2）波线

　　跟各个波面垂直的线，用来表示波的传播方向．

　　结合图进行说明．

　　利用波面和波线的概念可以进一步讨论波的反射现象和折射现象．

　　2．波的反射

　　（1）现象

　　波遇到障碍物会返回来继续传播．

　　举例：声波的反射，水波的反射．

　　演示实验：水波的反射．

　　演示课件：水波的反射．

　　（2）特点

　　利用波面和波线讨论，如课本图示．

　　在波的反射中，反射角等于入射角；反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同．

　　解释现象：夏日雷声轰鸣不绝；

　　回声；

　　混响．

　　3．波的折射

　　（1）现象

　　波从一种介质射入另一种介质时，传播的方向会发生改变．

　　演示实验：水波的折射．

　　演示课件：水波的折射．

　　（2）特点

　　利用波面和波线讨论，如课本图示．

　　在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生了改变；在波的折射中，入射角i、折射角r和波在介质Ⅰ、Ⅱ中的波速 、 之间的关系为

　　（四）总结、扩展

　　1．在讨论波的反射、折射中频率、波速和波长时，要抓住以下几点：

　　（1）频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是不改变的．

　　（2）波速是由介质决定的，波反射时是在同一介质，因此波速是不变，波折射时是在不同介质，因此波速改变．

　　（3）波长是频率和波速共同决定的，即 ，在波的反射中，波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质的波速增大时，波长变大．

　　2．课堂练习：

　　一声波在空气中的波长为25cm，传播速度为340m/s，该声波传入另一介质中时，波长为80cm，则它在这种介质中的传播速度是多少？

　　利用这列波在折射时频率不变可得

　　

　　解得 m/s

　　八、布置作业

　　练习三（1）（2）

　　阅读“混响”

　　九、板书设计

四、波的反射和折射

　　1．波面和波线

　　（1）波面

　　（2）波线

　　2．波的反射

　　（1）现象

　　（2）特点

　　3．波的折射

　　（1）现象

　　（2）特点

　　4．反射，折射中波长、波速、频率变与不变的规律．

　　十、背景知识与课外阅读

光波的反射与折射

　　光射到物体表面上，有一部分光被反射回来，实验证明，反射光线跟入射光线和法线在同一平面上，反射光线和入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角，且所有反射光路都是可逆的．如甲、乙两人站在平面镜前，若甲能看到乙的眼睛，则乙也一定能看到甲的眼睛，反射分为镜面反射（平行光照射时反射光线也平行）和漫反射（平行光照射时、反射光线不平行、但每一条仍都遵守反射定律）两种．

　　若光从一种介质进入另一种介质时，通过实验（如光从空气进入水中）发现在两种介质中的分界面一部分光被反射，还有一部分光进入另一种介质，且传播方向发生改变，即发生折射现象且折射光线与入射光线和法线处在同一平面上，且折射光线与入射光线分居法线两侧，入射角i和折射角r也具有 关系．由于大气的折射，我们看到的天体位置比它的实际位置要高．由于水的折射我们看到河中鱼的位置比它的实际位置要偏向上移．

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