浙江专版2023_2024学年新教材高中物理第3章机械波3波的反射折射和衍射课件新人教版选择性必修第一册

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3　波的反射、折射和衍射课前·基础认知课堂·重难突破素养·目标定位随 堂 训 练素养·目标定位目 标 素 养1.知道波的反射和波的反射规律,知道波的折射和波的折射规律,形成正确的物理观念。2.知道什么是衍射现象,掌握发生明显衍射现象的条件,培养科学思维能力。知 识 概 览课前·基础认知一、波的反射和折射1.波的反射。(1)当水波遇到挡板时会发生反射。(2)反射线、法线与入射线在同一平面内,反射线与入射线分居法线两侧,反射角等于入射角。2.波的折射。(1)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作波的折射。(2)一切波都会发生折射现象。二、波的衍射1.定义:波可以绕过障碍物继续传播,这种现象叫作波的衍射。2.发生明显衍射现象的条件:只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多,或者比波长更小时,才能观察到明显的衍射现象。3.一切波都能发生衍射,衍射是波特有的现象。微思考日常生活中“闻其声而不见其人”的物理现象的原因是什么?提示:声波的波长比较长,容易发生衍射,能绕过一般的障碍物,而可见光波长很短,不容易发生衍射现象,故生活中常有听到人的声音而看不到人。课堂·重难突破一 对波的反射和折射的理解重难归纳1.回声测距。当声源不动时,声波遇到静止障碍物会返回来继续传播,由于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,设经过时间t听到回声,则声源距障碍物的距离为2.超声波定位。蝙蝠、海豚能发出超声波,超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来。蝙蝠、海豚就是根据接收到反射回来的超声波来确定障碍物或食物的位置,从而确定飞行或游动方向。3.波的反射、折射现象中各量的变化。(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相等,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=λf知,波长λ与波速和频率有关。反射波与入射波,频率相同、波速相同,故波长相同,折射波与入射波在不同介质中传播,频率相同,波速不同,故波长不同。具体如下表所示。一列声波从空气中传入水中,已知水中声速较大,则声波从空气中传入水中后,声波的频率和波长将如何变化?提示:由于波的频率由波源决定,因此波无论在空气中传播还是在水中传播频率都不变。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。典例剖析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,则这群鱼到渔船的距离为　　　m。 答案:464解析:超声波在水中的传播速度v=λf=2.5×10-2×5.8×104 m/s=1.45×103 m/s。所以鱼群到船的距离规律总结 回声测距的方法技巧利用回声测距是波的反射的一个重要应用,它的特点是声源正对障碍物,声源发出的声波与回声在同一条直线上传播。1.若是一般情况下的反射,反射波和入射波是遵从反射规律的,可用反射规律作图后再求解。2.利用回声测距时,要特别注意声源是否运动,若声源运动,声源发出的原声至障碍物再返回至声源的这段时间与声源的运动时间相同。3.解决波的反射问题,关键是根据物理情境规范作出几何图形,然后利用几何知识结合物理规律进行解题。学以致用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。(1)该波的频率为　　　 Hz,在海水中的波速为　　 m/s。(2)若物体在海面上发出的声音经0.5 s听到回声,则海水深为多少?答案:(1)340　1 530　(2)382.5 m　因波的频率不变,则在海水中的波速为v海=λ海f=4.5×340 m/s=1 530 m/s。(2)入射声波和反射声波用时相同,则海水深为二 波的衍射现象重难归纳1.关于衍射的条件。应该说衍射是没有条件的,衍射是波特有的现象,一切波都可以发生衍射。衍射只有“明显”与“不明显”之分,障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多,或比波长小是产生明显衍射的条件。2.波的衍射实质分析。波传到小孔(障碍物)时,小孔(障碍物)仿佛是一个新波源,由它发出的与原来同频率的波在小孔(障碍物)后传播,就偏离了直线方向。波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况。3.衍射现象与观察的矛盾。当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出,但由于衍射波的能量很弱,衍射现象不容易观察到。既然一切波都能够发生衍射,那为什么生活中见不到光的衍射现象?提示:可见光的波长通常在0.4~0.7 μm的范围内,跟一般障碍物的尺寸相比非常小,所以通常的情况下看不到光的衍射,看到的是光的直线传播。典例剖析(多选)右图为演示波的衍射的装置,S为水平面上振动的波源,M、N是水面上的两块挡板,其中N板可以移动,两板间形成一狭缝,此时测得图中A处没有振动,下列说法正确的是(　　)A.使波源的振动频率增大,可以使A处的水振动起来B.使波源的振动频率减小,可以使A处的水振动起来C.移动N板使狭缝间距增大,可以使A处的水振动起来D.当A点振动后,挡板两边的波纹间距相等答案:BD解析:A处没有振动说明不能发生明显的衍射现象,要发生明显的衍射现象,必须减小狭缝的宽度或增大波长,所以选项C错误。要想增大波长,由 知,当f减小时,λ增大,所以选项B正确,A错误。发生衍射前后,波的频率、波速和波长都是不变的,挡板两边的波纹间距相等,选项D正确。学以致用(多选)在做水波通过小孔衍射的演示实验中,激发水波的振动发生器振动频率为5 Hz,水波在水槽中传播速度为5 cm/s,小孔直径d选用下列哪些尺寸可使实验效果比较明显(　　)A.1 m B.0.8 m C.0.8 cm D.1.2 cm答案:CD解析:在水槽中,振子振动所激发的水波波长为 cm =1 cm,小孔尺寸与波长相差不大时,易发生明显衍射现象。所以选项C、D正确。随 堂 训 练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,是波的折射现象答案:ABD解析:声呐、雷达都是利用接收反射波来进行定位的,选项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,选项D正确。隐形飞机通过减少波的反射达到隐形的目的,选项B正确。2.有一障碍物的尺寸为10 m,下列哪列波在遇到它时衍射现象最明显(　　)A.波长为4 m的机械波B.波长为10 m的机械波C.频率为100 Hz的声波D.频率为5 000 MHz的电磁波(波速为3×108 m/s)答案:B解析:空气中声波波速大约为340 m/s,由 可算出频率为100 Hz的声波的波长为3.4 m;同理可算出频率为5 000 MHz的电磁波的波长为0.06 m。选项B中波长与障碍物尺寸相同,衍射现象最明显。选项B正确。3.下列各图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(①②图)或障碍物(③④图),每两条相邻曲线(图中曲线)之间距离表示一个波长,其中能发生明显衍射现象的有(　　)A.③④ B.②④ C.①③ D.①②答案:B解析:一列水波在传播过程中遇到了小孔(①②图),相比而言②图的孔洞的尺寸比①图小,且②的波长与小孔的尺寸差不多,所以②图能比①图发生更明显的衍射现象;一列水波在传播过程中遇到了障碍物(③④图),相比而言④图的障碍物的尺寸比③图小,且④图的波长大于障碍物的尺寸,所以④图能发生明显的衍射现象。故选项B正确。4.天空有近似等高的浓云层。为了测量云层的高度,在水平地面与观测者的距离为d=3.0 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Δt=6.0 s,试估算云层下表面距水平地面的高度。(已知空气中的声速 )答案:2.0 km 解析:由题意画出声波传播平面图如图所示。