高中物理人教版 (新课标)选修36 惠更斯原理课堂检测

第4节　惠更斯原理  波的反射和折射

1．波在传播过程中所到达的每一点都可看做新的________，从这些点发出________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________，这就是惠更斯原理．

2．波的反射定律：当波传播到两种介质的交界面处发生反射时，入射线、法线、反射线在________________内，入射线与反射线分别位于________两侧，而且反射角________入射角，即i′＝i(如图1所示)，反射波的________、频率、________都与入射波的相同．

图1

3．波的折射定律：波在介质中发生折射时，入射线、法线、折射线在________________内，入射线与折射线分别位于法线的两侧(如图2所示)，入射角的正弦值

图2

与折射角的正弦值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，即＝________.在波的折射中，波的________保持不变，________和________都发生变化．由λ＝知，当波进入新的介质后，若波速增大，则波长变长，若波速减小，则波长________．波发生折射的原因是波在不同介质中的________________不同．

4．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可能相同

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

5．下列说法正确的是(　　)

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

6．对于波的认识，下列说法中正确的是(　　)

A．潜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．隐形飞机的表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的

C．雷雨天雷声轰鸣不绝是波的多次反射

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

概念规律练

知识点一　对波面和波线的理解

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．下列说法中不正确的是(　　)

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

知识点二　波的反射、折射

3．图3中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则(　　)

图3

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

4．如图4所示，a、b、c分别为入射波、反射波、折射波，已知入射波波速v＝10 m/s，入射角i为30°，反射波线与折射波线相垂直，求折射波的速度．

图4

方法技巧练

波的反射的应用技巧

5．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2 s后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离多远？(v声＝340 m/s)

6．某物体发出的声音在空气中的波长为1 m，波速为340 m/s，在海水中的波长为4.5 m，此物体在海面上发出的声音经0.5 s听到回声，则海水深为________m.

1．人在室内讲话的声音比在空旷的室外讲话声音要洪亮，是因为(　　)

A．室内空气不流动      B．室内声音多次被反射

C．室内声音发生折射     D．室内物体会吸收声音

2．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

3．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

4．一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

5．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

6．同一音叉发出的声波同时在水和空气中传播，某时刻的波形曲线如图5所示，以下说法正确的是(　　)

图5

A．声波在水中波长较大，b是水中声波的波形曲线

B．声波在空气中波长较大，b是空气中声波的波形曲线

C．水中质点振动频率较高，a是水中声波的波形曲线

D．空气中质点振动频率较高，a是空气中声波的波形曲线

7．当一个探险者进入一个山谷后，为了估测出山谷的宽度，他吼一声后，经过0.5 s听到右边山坡反射回来的声音，又经过1.5 s后听到左边山坡反射回来的声音，若声速为340 m/s，则这个山谷的宽度约为(　　)

A．170 m   B．340 m   C．425 m   D．680 m

8.人们听不清对方说话时，除了让一只耳朵转向对方，还习惯性地把同侧的手附在耳旁，这样做是利用声波的________提高耳朵的接收能力．

9．教室中未搬入桌凳前说话常有嗡嗡的尾声，摆了桌凳坐满了学生后这种现象减轻到似乎听不到了，这是因为____________________________________________________________．

10．在渔船上利用超声波可以探测鱼群的位置，当它向选定的方向发射出频率为5.8×104 Hz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5.8×104 Hz的超声波在水中的波长为2.5 cm，求这群鱼跟渔船的距离．

11．一声波在空气中的波长为25 cm，速度为340 m/s.当折射入另一种介质时，波长变为80 cm.求：

(1)声波在这种介质中的频率；

(2)声波在这种介质中的传播速度．

12.一个观测者在高处用望远镜注视在地上的木工以每秒2次的频率击钉子，他听到声音时恰好看到击锤动作．若观测者距木工680 m．当木工停止击锤后，他还能听到几次击钉声？(声波在空气中的传播速度为340 m/s)

13．有一种示波器可以同时显示两列波形．对于这两列波，显示屏上横向每格代表的时间间隔相同．利用此种示波器可以测量液体中的声速，实验装置的一部分如图6甲所示：管内盛满液体，音频信号发生器所产生的脉冲信号由置于液体内的发射器发出，被接收器所接收．图乙为示波器的显示屏，屏上所显示的上、下两列波形分别为发射信号与接收信号．若已知发射的脉冲信号频率为f＝2 000 Hz，发射器与接收器的距离为x＝1.30 m，求管内液体中的声速．(已知所测声速应在1 300 m/s～1 600 m/s之间．结果保留两位有效数字)

图6

第4节　惠更斯原理：波的反射与折射

答案

课前预习练

1．波源　球面　波前

2．同一平面　法线　等于　波长　波速

3．同一平面　　频率　波速　波长　减小　传播速度

4．ACD　5.CD

6．ABCD

课堂探究练

1．B　[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，与是横波还是纵波无关，故C、D不正确，由此可知B正确．由于水波不能在空间中传播，所以它是平面波，A不正确．]

点评　波源发出的波能在三维空间中传播，就能形成球面波，例如地震波．

2．AD　[任何波的波线都与波面相互垂直，波线表示波的传播方向，故B、C正确，选A、D.]

点评　波线代表波的传播方向且波线与波面垂直．

3．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．]

点评　波的频率取决于波源的振动频率，与介质无关．波速由介质决定，介质发生变化波速可能发生变化，由v＝λf知波长就会4发生变化．

4．17.3 m/s

解析　由图可知波的折射角r＝60°

由折射定律：＝，得v2＝＝×10 m/s

＝17.3 m/s.

点评　熟记反射定律和折射定律．

5．325 m

解析　若汽车静止问题就简单了，现汽车运动，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x1，C点到山崖B距离为x；声波由A到B再反射到C路程为x2，则有x2＝x1＋2x，因汽车与声波运动时间同为t，则

v声t＝v汽t＋2x

所以x＝＝ m＝325 m

6．382.5

解析　声音在空气和海水中传播时频率是相同的，由v＝λf可知＝，则v水＝340×4.5 m/s＝1 530 m/s，海水的深度为h＝＝×1 530×0.5 m＝382.5 m.

方法总结　在利用波的反射解决一些问题时，注意波的反射规律与初中学习的光的反射规律类似．

课后巩固练

1．B　[人在室内说话，声波会被室内物体、墙壁反射，甚至反射多次，因而显得声音洪亮．]

2．BC　[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是衍射现象．]

3．C　[声波在空中向外传播时，不管是否遇到障碍物引起反射，其波速只由空气介质决定．频率(由振源决定)和波长(λ＝v/f)均不变，所以A、B、D错，又因为机械波是传递能量的方式，能量在传播过程中会减小，故其振幅也就逐渐变小，C正确．]

4．B　[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．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错，B正确．]

5．BC　[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．]

6．A　[波的频率取决于波源的振动频率，与介质无关，故同一音叉发出的声波分别在水中与空气中传播时频率相同．但机械波在介质中传播的速度只取决于介质性质，与波的频率无关，声波在水中传播的速度大于在空气中传播的速度．由v＝λf知，声波在水中的波长应较大，对应于题图中波形曲线b，故只有A正确．]

7．C　[右边的声波从发出到反射回来所用时间为t1＝0.5 s，左边的声波从发出到反射回来所用的时间为t2＝2 s．山谷的宽度d＝v(t1＋t2)＝×340×2.5 m＝425 m；故C正确．]

8．反射

9．搬入桌凳和坐满学生后吸声面积增大，混响时间变短

10．464 m

解析　超声波在水中的传播速度

v＝λ·f＝2.5×10－2×5.8×104 m/s＝1.45×103 m/s.

所以鱼群到船的距离

s＝v·t＝×1.45×103×0.64 m＝464 m.

11．(1)1 360 Hz　(2)1 088 m/s

解析　(1)声波由空气进入另一种介质时，频率不变，由v＝λf

得f＝＝ Hz＝1 360 Hz.

(2)因频率不变，有＝，

得：v2＝v1

＝×340 m/s＝1 088 m/s.

12．4次

解析　题中木工击钉子产生的声波属于一种时间短暂的“脉冲波”，如图所示，设脉冲的间距为d，由于声速是v＝340 m/s.木工击钉的频率为f＝2 Hz.所以d＝λ＝＝ m＝170 m.

因此在680 m距离内有n＝＝4个脉冲间隔，也就是说木工停止击钉后还能听到4次击钉声．

13．1.4×103 m/s

解析　设脉冲信号的周期为T，从示波器显示的波形可以看出，图乙中横向每一分度(即两条长竖线间的距离)所表示的时间间隔为Δt＝①

其中T＝②

对比图乙中上、下两列波形，可知信号在液体中从发射器传播至接收器接收所用的时间为t＝Δt(2n＋1.6)③

其中n＝0,1,2，…

液体中的声速为v＝④

联立①②③④式，代入已知条件并考虑到所测声速应在1 300 m/s～1 600 m/s之间，得

v＝＝ m/s

当n＝1时，解得v＝1.4×103 m/s在其范围之间．