新教材适用2023_2024学年高中物理第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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第三章　机械波3．波的反射、折射和衍射目标体系构建1．知道什么是波的反射和折射。2．知道波的衍射及发生明显衍射的条件。3．掌握波的反射规律并能进行简单的应用。4．理解波的折射定律。课前预习反馈 1．波的反射(1)波的反射波遇到障碍物会_________继续传播的现象，叫作波的反射。(2)反射定律反射波线、法线、入射波线在___________内，且反射角_______入射角。如图所示。返回来同一平面等于2．波的折射波从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生_______的现象，叫作波的折射。如图所示。改变1．定义波可以绕过_________继续传播的现象。2．实验及现象(1)实验装置：在水槽里放两块挡板，中间留一个_______。(2)现象：①狭缝宽度比波长大得多时：波的传播如同光沿_______传播一样，挡板后面产生“_________”。②狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时：水波_______挡板后面继续传播。障碍物狭缝直线阴影区绕到3．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___________，或者比波长_______时，才能观察到明显的衍射现象。相差不多更小『判一判』(1)水波的反射与初中学过的光的反射遵循同样的规律。( 　　)(2)一切波都会发生折射现象。( 　　)(3)波在发生折射后，其频率和波速都不发生变化。( 　　)(4)当缝或孔的尺寸比波长大得多时，就不会发生衍射现象。( 　　)(5)不只是水波，声波也发生衍射。( 　　)√√××√『选一选』人耳只能区分相差0.1 s以上的两个声音，人要能听到自己讲话的回声，与障碍物的距离至少要大于( 　　)A．34 m　 B．17 m　C．100 m　 D．170 m解析：声音遇到障碍物后，被反射，则2L＝vt，t≥0.1 s，所以L≥17 m，故选B。B『想一想』如图所示，在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN，墙的一侧O点有一个正在播放男女声合唱歌曲的声源。某人从图中A点走到墙后的B点，在此过程中，如果从声波的衍射来考虑，则会听到男、女声音将如何变化？答案：从A点走到墙后的B点，会听到声音变弱，男女声音由于频率的高低不同，才有音调高低的不同，女声比男声音调高，频率高，波长短，所以衍射现象更不明显，会听到女声比男声更弱。课内互动探究探究波的反射和折射情境导入我们在山中、在大的空房间里大声说话时，都会听到回声，这属于波的什么现象？提示：波的反射要点提炼1.波的反射和折射的比较波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射和折射现象，一些物理量相应发生了变化，比较如下：2.图形示例3．说明(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，即与波源的振动频率相同。(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；而折射波与入射波在不同介质中传播，所以波速变化。(3)据v＝λf知，波长λ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传播，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λ不同。典例剖析 关于波的反射、折射现象，下列说法正确的是( 　　)A．一切波都能发生反射、折射现象B．发生折射时，波的传播方向一定会发生改变C．不是所有的波都能发生反射D．波发生折射时，波长、频率和波速都会发生变化AA．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的波速大于2的波速，频率、波长均不相等D．3与1的频率相等，3的波速和波长都小于1的波速和波长D解析：波的频率由波源决定，所以1、2、3的频率相等。反射波和入射波同在介质a中，波长、频率、波速都相等，故A、B错误；机械波的波速由介质决定，介质不同，波速不同。根据题目中给出的公式确定3的波速小于1的波速，又由v＝λf知，3的波长同样小于1的波长，但频率相等，故C错误，D正确。探究对波的衍射的理解情境导入在四大名著《红楼梦》林黛玉进贾府中描述王熙凤出场“未见其人，先闻其声”，未见其人先闻其声是物理学中什么现象？提示：这是声波的衍射现象。要点提炼1.生活中常见的波的衍射现象(1)声波：声波的波长在1.7 cm～17 m之间，与一般障碍物的尺寸相比差不多，或比其大，故声波的衍射现象极为明显。(2)水波：水面上传播的波能够绕过水面上的芦苇、小石块等障碍物，都是典型的水波的衍射现象。(3)无线电波：在房间中可以接收到收音机和电视信号，是电磁波的衍射现象。2．对明显衍射发生条件的理解(1)波的衍射是波在传播过程中所具有的特征之一，衍射是否明显，通常的衡量就是孔或缝的宽度d与波长λ的比值，比值越小，衍射现象相对越明显。(2)孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长的关系仅是衍射能否明显发生的条件，波的衍射没有条件。(3)明显衍射发生时，并不一定能清楚地感受到，如当孔远远小于水波波长时，衍射应当非常明显，但因孔很小，单位时间内通过的能量很小，又分布到很大的区域上，水波非常弱，将看不清楚。(1)衍射是波所特有的现象，一切波都会发生衍射现象，只有明显和不明显的差异。(2)凡能发生衍射现象的就是波。　 典例剖析 (多选)如图所示是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个小孔，O是波源，图中已画出波源所在区域的传播情况，每两条相邻的波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长，则对于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是( )ABC A．此时能明显观察到波的衍射现象B．如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象C．挡板前后波纹之间距离相等D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，一定能明显观察到衍射现象思路引导：波能发生明显衍射现象的条件是：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。在同种均匀介质中，波速一定，当改变波的频率时，也改变了波长的大小。解析：由图可看出孔的尺寸跟波长差不多，所以能明显观察到波的衍射现象，A、C对；如将孔扩大到跟波长相差很多，则观察不到明显的衍射现象，B对；若增大波源频率，则波长减小，有可能观察不到明显的衍射现象，D错。 如图所示，在平静的水面上，S为波源，M、N为两块挡板，其中M板N板可上下移动，两板中间有一狭缝，此时观察不到A点的振动，为了能观察到A点的振动，可采用的办法是( 　　)A．增大波源的频率B．将波源S向左移动一些C．将N板向上移动一些D．将M板向上移动一些C解析：当狭缝的尺寸跟波长相差不多，或比波长更小时，会发生明显的衍射现象，所以为了使A点能发生振动，一个方法是增大波长，即减小波源的频率(因为波速不变，频率减小，所以波长变长)。一个方法是减小狭缝的宽度，即将N板向上移动一些，故C正确。核心素养提升波的反射现象的应用1．回声测距：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的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。 　如图所示，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)思路引导：利用反射测距是一种常用的方法，此题注意汽车是运动的，应画出运动示意图，帮助分析解题。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，因汽车与声波运动时间同为t，则有x2＝x1＋2x，答案：325 m课堂达标检测1．(多选)(2023·山东省青岛市高二调研)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隐形物质，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 ABCD 解析：A、B、C选项中应用了波的反射现象；D选项是波的折射现象， 深水区域和浅水区域视为不同介质，故波的传播方向发生改变。2．一个圆弧形海湾，人不论站在海湾的哪个方位，都会看到海浪向岸边传来，下面的解释中正确的是( 　　)A．这说明海边的风都是从海湾中心向岸边吹来的B．这说明海浪是从海湾中心发出向四周传播的C．这是由于靠近岸边处海水逐渐变浅，海浪向岸边传播的过程中，不断发生折射而造成的D．这是由于海浪从岸边反射回来的波与原来的波叠加而形成的C解析：海浪是水波，它的传播速度与水的深度有关，海浪向岸边传播的过程中，由于波速逐渐变化而要发生折射，传播方向不断向法线靠拢，因此看到岸边海浪的传播方向几乎与岸边垂直。3．一辆火车在经过某直线路段时，司机发现其正要通过正前方高山悬崖下的隧道，遂鸣笛，5 s后听到回声，听到回声后又行驶10 s司机第二次鸣笛，3 s后听到回声。已知声音在空气中的传播速度为340 m/s，此路段的最高限速为120 km/h，请你根据以上数据帮助司机计算一下，看火车是否超速行驶？答案：火车没有超速行驶解析：设火车行驶的速度为v1，声速为v2，火车第一次鸣笛时到悬崖的距离为L。由题意，在火车第一次鸣笛到听到回声的过程中，有2L－v1t1＝v2t1，当火车第二次鸣笛时，火车到悬崖的距离为L′＝L－v1(t′＋t1)，同理有2L′－v1t2＝v2t2，将数据代入，整理得