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人教版 (2019)选择性必修 第一册3 波的反射、折射和衍射授课课件ppt
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这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册3 波的反射、折射和衍射授课课件ppt，共36页。PPT课件主要包含了课前·基础认知，课堂·重难突破，素养·目标定位，随堂训练，知识概览，二波的衍射现象，答案ABC等内容，欢迎下载使用。
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.通过用射线解释反射、折射现象,认识波动中建构物理模型的方法。3.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。
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。
一 对波的反射和折射的理解
重难归纳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,如图所示,一些物理量相应地发生变化,比较如下:
2.折射的原因:波在两种介质的界面上发生折射的原因是波在不同介质中的速度不同。
3.波的反射和折射中各物理量发生或不发生变化的原因。(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,波反射时是在同一介质中传播,因此波速不变,波折射时是在不同介质中传播,因此波速改变。(3)由v=λf知,波长是由频率和波速共同决定的。在波的反射中,由于波的频率和波速均不变,根据公式 可知波长不变。在波的折射中,当进入新的介质中波速增大时,由 可知波长变长;反之变短。(4)水波的传播速度与水深有关,水越浅,水波的传播速度越小。
4.波的反射的应用。(1)回声测距:①当声源不动时,声波遇到了静止障碍物会被反射回来继续传播,由于反射波与入射波在同一介质中的传播速度相同,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s=v声 。②当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时,声源发声时障碍物到声源的距离为s=(v声+v) 。③当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离静止的声源时,声源发声时障碍物到声源的距离为s=(v声-v) 。
(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捕食目标的位置,从而确定飞行或游动方向的。
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【例1】 在渔船上利用超声波可以探测鱼群的位置,在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,关键是根据物理情景规范作出几何图形,然后利用几何知识结合物理规律进行解题。
学以致用1.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?(3)若物体以5 m/s的速度由海面向海底运动,则经过多长时间听到回声?答案:(1)340 1 530 (2)382.5 m (3)0.498 s
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
(3)物体与声音运动的过程示意图如图所示。 设听到回声的时间为t,则v物t+v海t=2s代入数据解得t=0.498 s。
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【例2】 (多选)下图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)之间距离表示一个波长,则波经过孔之后的传播情况,下列描述正确的是( )A.此时能明显观察到波的衍射现象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,能更明显地观察到衍射现象
解析:波有明显衍射现象的条件:障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多。从题图中可看出孔AB的尺寸小于一个波长,所以此时明显地观察到衍射现象,选项A正确。因为穿过挡板小孔后的波速不变,频率相同,所以波长也相同,选项B正确。若将孔AB扩大,将可能不满足明显衍射现象的条件,就有可能观察不到明显的衍射现象,选项C正确。若将波源频率增大,由于波速不变,所以波长变小,将可能不满足明显衍射现象的条件,有可能观察不到明显的衍射现象,选项D错误。
学以致用2.(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 mB.0.8 mC.0.8 cmD.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。
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.(多选)一列波在传播过程中通过一个障碍物,发生了一定程度的衍射,以下哪种情况可以使衍射现象更明显( )A.增大障碍物的尺寸B.减小波的频率C.缩小障碍物的尺寸D.增大波的频率答案:BC解析:波在介质中传播时波速是由介质决定的,与波的频率无关,所以改变波的频率不会改变波速,但由v=λf可知,当波速一定时,减小频率则波长增大。发生明显衍射的条件是障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多,要使衍射现象变得明显,可以通过缩小障碍物的尺寸,或增大波长即减小波的频率来实现,选项B、C正确。
4.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)之间的距离表示一个波长,其中能发生明显衍射现象的有( )
A.③④B.②④C.①③D.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;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。故选项B正确。
5.一列声波在介质Ⅰ中的波长为0.2 m。当该声波从空气中以某一角度传入介质Ⅱ中时,波长变为0.6 m,如图所示。介质Ⅰ中的声速为340 m/s。 (1)求该声波在介质Ⅱ中传播时的频率。(2)求该声波在介质Ⅱ中传播的速度。答案:(1)1 700 Hz (2)1 020 m/s
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.通过用射线解释反射、折射现象,认识波动中建构物理模型的方法。3.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。
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。
一 对波的反射和折射的理解
重难归纳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,如图所示,一些物理量相应地发生变化,比较如下:
2.折射的原因:波在两种介质的界面上发生折射的原因是波在不同介质中的速度不同。
3.波的反射和折射中各物理量发生或不发生变化的原因。(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,波反射时是在同一介质中传播,因此波速不变,波折射时是在不同介质中传播,因此波速改变。(3)由v=λf知,波长是由频率和波速共同决定的。在波的反射中,由于波的频率和波速均不变,根据公式 可知波长不变。在波的折射中,当进入新的介质中波速增大时,由 可知波长变长;反之变短。(4)水波的传播速度与水深有关,水越浅,水波的传播速度越小。
4.波的反射的应用。(1)回声测距:①当声源不动时,声波遇到了静止障碍物会被反射回来继续传播,由于反射波与入射波在同一介质中的传播速度相同,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s=v声 。②当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时,声源发声时障碍物到声源的距离为s=(v声+v) 。③当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离静止的声源时,声源发声时障碍物到声源的距离为s=(v声-v) 。
(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捕食目标的位置,从而确定飞行或游动方向的。
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【例1】 在渔船上利用超声波可以探测鱼群的位置,在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,关键是根据物理情景规范作出几何图形,然后利用几何知识结合物理规律进行解题。
学以致用1.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?(3)若物体以5 m/s的速度由海面向海底运动,则经过多长时间听到回声?答案:(1)340 1 530 (2)382.5 m (3)0.498 s
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
(3)物体与声音运动的过程示意图如图所示。 设听到回声的时间为t,则v物t+v海t=2s代入数据解得t=0.498 s。
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【例2】 (多选)下图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)之间距离表示一个波长,则波经过孔之后的传播情况,下列描述正确的是( )A.此时能明显观察到波的衍射现象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,能更明显地观察到衍射现象
解析:波有明显衍射现象的条件:障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多。从题图中可看出孔AB的尺寸小于一个波长,所以此时明显地观察到衍射现象,选项A正确。因为穿过挡板小孔后的波速不变,频率相同,所以波长也相同,选项B正确。若将孔AB扩大,将可能不满足明显衍射现象的条件,就有可能观察不到明显的衍射现象,选项C正确。若将波源频率增大,由于波速不变,所以波长变小,将可能不满足明显衍射现象的条件,有可能观察不到明显的衍射现象,选项D错误。
学以致用2.(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 mB.0.8 mC.0.8 cmD.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。
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.(多选)一列波在传播过程中通过一个障碍物,发生了一定程度的衍射,以下哪种情况可以使衍射现象更明显( )A.增大障碍物的尺寸B.减小波的频率C.缩小障碍物的尺寸D.增大波的频率答案:BC解析:波在介质中传播时波速是由介质决定的,与波的频率无关,所以改变波的频率不会改变波速,但由v=λf可知,当波速一定时,减小频率则波长增大。发生明显衍射的条件是障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多,要使衍射现象变得明显,可以通过缩小障碍物的尺寸,或增大波长即减小波的频率来实现,选项B、C正确。
4.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)之间的距离表示一个波长,其中能发生明显衍射现象的有( )
A.③④B.②④C.①③D.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;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。故选项B正确。
5.一列声波在介质Ⅰ中的波长为0.2 m。当该声波从空气中以某一角度传入介质Ⅱ中时,波长变为0.6 m,如图所示。介质Ⅰ中的声速为340 m/s。 (1)求该声波在介质Ⅱ中传播时的频率。(2)求该声波在介质Ⅱ中传播的速度。答案:(1)1 700 Hz (2)1 020 m/s
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