高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第三章 机械波3 波的反射、折射和衍射图文ppt课件

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1.知道波传播到两种介质交界面时会发生反射、折射现象。2.理解什么是波的衍射现象,知道波发生明显衍射现象的条件。3.会根据波的反射、折射规律解决实际问题。
1.理解波的反射和折射,形成物理观念。2.通过运用波的反射、折射规律分析问题,培养科学思维能力。3.理解波发生明显衍射现象的条件,体会生活中的衍射现象,形成科学态度与责任。
一、波的反射1.反射:当水波遇到挡板时会发生反射。2.规律: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。二、波的折射1.折射:一列水波在深度不同的水域传播时,在交界面处将发生折射。2.说明:一切波都会发生折射现象。三、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.波的衍射的普遍性:一切波都能发生衍射,衍射是波特有的现象。
【思考讨论】 1.判断下列说法的正误。(1)有些波不能发生折射或衍射现象。(　　)(2)波反射时,反射面要吸收一部分能量。(　　)(3)波发生反射和折射时波的频率都不变,波长、波速均发生变化。(　　)(4)只有当障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时,才会发生衍射现象。(　　)
2.人在室内讲话的声音比在室外空旷处讲话的声音要洪亮,你知道这其中的原因吗?提示:在室内听到的声音洪亮是因为声波在室内墙壁上经过多次反射而得到加强。
3.下图是一个可观察水波衍射的水波发生槽,振源的频率是可以调节的,槽中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节的小孔,观察水波的传播,也可以在水槽中放置宽度不同的挡板,观察水波的传播。思考下列问题:(1)水波遇到小孔时,会观察到什么现象?依次减小小孔尺寸,观察到的现象有什么变化?(2)当水波遇到较大的障碍物时,会观察到什么现象?当障碍物较小时,会观察到什么现象?提示:(1)水波遇到小孔时,水波能穿过小孔,并能到达挡板后面的“阴影区”,小孔的尺寸减小时,水波到达“阴影区”的现象更加明显。(2)当水波遇到较大的障碍物时,将会返回,当障碍物较小时,波能继续向前传播。
波在传播过程中,由一种介质进入另一种介质时,传播方向发生了偏折,如图所示。 那么折射波的频率、波长和波速是否变化?提示:频率不变 ,波长和波速发生变化。
1.波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射现象和折射现象,如图甲和图乙所示,一些物理量相应地发生变化,比较如下:
2.几点说明(1)波的频率是由波源决定的,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,波在同一介质中传播,因此波速不变,波折射时,波在不同介质中传播,因此波速改变。
【例题1】 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°,此波在甲介质中的波速为2.08×105 km/s,在乙介质中的波速为1.2×105 km/s。(1)该波的折射角为多少?(2)该波在两种介质中的波长比为多少?答案:(1)30°
【变式训练1】 对于波长为100 m的声波,下列说法正确的是(　　)A.在同一介质中,比波长为20 m的声波传播快B.在空气中的频率比在水中大C.声波能发生折射,但折射后频率发生变化D.声波能发生反射,但反射后波速不变答案:D解析:机械波的传播速度由介质决定,波的频率由波源决定,与介质无关,所以折射后,波进入另一种介质,传播速度发生变化,反射后回到原来的介质,传播速度不变,故D选项正确。
如图所示,S为波源,M、N为两块挡板,其中M板固定,N板可上下移动,两板中间有一狭缝,此时测得A点没有振动,为了使A点能发生振动,可采用的方法是　　　　(选填“增大”或“减小”)波源的频率,也可以将N板　　　　(选填“向上”或“向下”)移动一些。 提示:减小　向上。A点没有振动,说明衍射现象不明显,即狭缝的尺寸比波长大得多。为使A点振动,可使波长大些或使狭缝窄一些,故可使波源频率减小或将N板向上移动一些。
1.波的衍射波绕过障碍物或小孔继续传播的现象。2.关于波的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。3.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。
【例题2】 (多选)右图是观察水波衍射的实验装置。AC和BD是两块挡板,AB是一个孔,O是波源。图中已画出波源所在区域波的传播情况,每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长,则关于波经过孔之后的传播情况,下列描述正确的是(　　)A.此时能观察到波明显的衍射现象B.挡板前后波纹间距离相等C.如果将孔AB扩大,有可能观察不到明显的衍射现象D.如果孔的大小不变,使波源频率增大,能观察到更明显的衍射现象答案:ABC
解析:观察题图可知道孔的尺寸与波长差不多,能观察到波明显的衍射现象,故选项A对;因波的传播速度不变,频率不变,故波长不变,即挡板前后波纹间距离应相等,故选项B对;若将孔AB扩大,且孔的尺寸远大于波长,则可能观察不到明显的衍射现象,故选项C对;若f增大,由λ= ,知λ变小,衍射现象变得不明显了,故选项D错。科学思维 分析波是否能够产生明显衍射,一定要抓住波长与缝隙、孔或障碍物的尺寸关系。只有波长接近或大于缝隙、孔或障碍物的尺寸时,衍射现象才比较明显。
【变式训练2】 小河中有一个实心桥墩P,A为靠近桥墩浮在水面上的一片树叶,俯视图如图所示,小河水面平静。现在S处以某一频率拍打水面,使形成的水波能带动树叶A振动起来,可以采用的方法是(　　)A.提高拍打水面的频率B.降低拍打水面的频率C.无论怎样拍打,A都不会振动起来D.无需拍打,A也会振动起来答案:B解析:使形成的水波能带动树叶A振动起来,必须使水面形成的波的波长足够长,衍射现象明显,可以采用的方法是降低拍打水面的频率,选项B正确。
1.(波的反射)一列波遇到障碍物发生反射,反射后(　　)A.只有波长不变B.只有波速不变C.只有频率不变D.波长、波速、频率均不发生变化答案:D解析:波在发生反射时,入射波和反射波都在同一种介质中传播,所以入射波和反射波的波速相等,入射波和反射波的频率相等,从而二者的波长也是相等的,故选D。
2.(波的衍射)(多选)以下说法正确的是(　　)A.波的衍射现象必须具备一定的条件,否则不可能发生衍射现象B.要观察到水波明显的衍射现象,必须使狭缝的宽度远大于水波波长C.波长越长的波,越容易发生明显的衍射现象D.只有波才有衍射现象答案:CD解析:衍射是波特有的现象,即任何波都会发生衍射现象,只不过存在明显与不明显的差别而已,只有当障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或者比波长小时,才会观察到明显的衍射现象,选项C、D正确。
3.(波的衍射)下图是利用发波水槽观察到的水波衍射图像,从图像可知(　　)A.B侧波是衍射波B.A侧波速与B侧波速相等C.减小挡板间距离,衍射波的波长将减小D.增大挡板间距离,衍射现象将更明显答案:B解析:小孔是衍射波的波源,A侧是衍射波,A错误;在同一种介质中,波速相等,故B正确;根据波速、波长和频率的关系式v=λf,由于波速和频率不变,故波长不变,C错误;波长越长越容易发生衍射现象,与波的频率和振幅没有关系,在波长无法改变的情况下可以减小挡板间距离,故D错误。