人教版(新教材)高中物理選擇性必修1學案：3 3 波的反射、折射和衍射

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第一冊PAGEPAGE13波的反射、折射和衍射〖學習目標〗1.了解波的反射和折射現(xiàn)象.2.理解波的衍射現(xiàn)象，知道波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件．一、波的反射1．反射現(xiàn)象：波遇到介質界面(如水波遇到擋板)時會返回原介質繼續(xù)傳播的現(xiàn)象．2．反射規(guī)律：反射線、法線與入射線在同一平面內(nèi)，反射線與入射線分居法線兩側，反射角等于入射角.二、波的折射1．波的折射：光從一種介質進入另一種介質時會發(fā)生折射，同樣，其他波從一種介質進入另一種介質時也發(fā)生折射.2．水波的折射：水波在深度不同的水域傳播時，在交界面處發(fā)生折射.三、波的衍射1．波的衍射：波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象.2．發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象.3．波的衍射的普遍性：一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象.判斷下列說法的正誤．(1)一切波都能發(fā)生折射和衍射現(xiàn)象．(√)(2)水波的反射不遵從反射定律．(×)(3)只有當障礙物的尺寸與波長差不多或比波長小時，才會發(fā)生衍射現(xiàn)象．(×)(4)“聞其聲不見其人”，是指聲波的衍射現(xiàn)象．(√)(5)波從一種介質進入另一種介質時波的頻率發(fā)生變化．(×)一、波的反射和折射1．波的反射遵從反射定律，即入射線、反射線及法線位于同一平面內(nèi)，入射線、反射線分別位于法線的兩側，反射角等于入射角．2．波的頻率是由振源決定的，介質中各個質點的振動都是受迫振動，因此不論是反射還是折射，波的頻率是不改變的．3．波速是由介質決定的，波反射時是在同一介質中傳播，因此波速不變，波折射時是在不同介質中傳播，因此波速改變．4．波長是由頻率和波速共同決定的，即在波的反射中，由于波的頻率和波速均不變，根據(jù)公式λ＝eq\f(v,f)可知波長不改變；在波的折射中，當進入新的介質中波速增大時，由λ＝eq\f(v,f)可知波長變大，反之變?。畧D1中1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線，則()圖1A．2與1的波長、頻率相等，波速不等B．2與1的波速、頻率相等，波長不等C．3與1的波速、頻率、波長均相等D．3與1的頻率相等，波速、波長均不等〖答案〗D〖解析〗波線1、2都在介質a中傳播，故1、2的頻率、波速、波長均相等，A、B錯；波線1、3是在兩種不同介質中傳播，波速不同，但波源沒變，因而頻率相等，由λ＝eq\f(v,f)得波長不同，故C錯，D對．某測量員利用回聲測距，他站在兩平行豎直墻壁間某一位置鳴槍，經(jīng)過1s第一次聽到回聲，又經(jīng)過0.5s再次聽到回聲，已知聲速為340m/s，則兩墻壁間的距離為多少？〖答案〗425m〖解析〗設兩墻壁間的距離為s，測量員離較近的墻壁的距離為x，則他離較遠的墻壁的距離為s－x，第一次聽到回聲時，2x＝vt1第二次聽到回聲時，2(s－x)＝v(t1＋Δt)其中Δt＝0.5s，t1＝1s，代入數(shù)據(jù)解得：s＝425m.回聲測距的三種情況1．當聲源不動時，聲波遇到了障礙物后會返回繼續(xù)傳播，反射波與入射波在同一介質中傳播速度相同，因此，入射波和反射波在傳播距離一樣的情況下用的時間相等，設經(jīng)時間t聽到回聲，則聲源到障礙物的距離為s＝v聲·eq\f(t,2).2．當聲源以速度v向靜止的障礙物運動或障礙物以速度v向靜止的聲源運動時，聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為s＝(v聲＋v)·eq\f(t,2).3．當聲源以速度v遠離靜止的障礙物或障礙物以速度v遠離靜止的聲源時，聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為s＝(v聲－v)·eq\f(t,2).二、波的衍射導學探究如圖2所示是一個可觀察水波衍射的發(fā)波水槽，振源的頻率是可以調(diào)節(jié)的，槽中放置兩塊可移動的擋板形成寬度可調(diào)節(jié)的小孔，觀察水波的傳播，也可以在水槽中放置寬度不同的擋板，觀察水波的傳播．思考下列問題：圖2(1)水波遇到小孔時，會觀察到什么現(xiàn)象？依次減小小孔尺寸，觀察到的現(xiàn)象有什么變化？(2)當水波遇到較大的障礙物時，會觀察到什么現(xiàn)象？當障礙物較小時，會觀察到什么現(xiàn)象？〖答案〗(1)水波遇到小孔時，水波能穿過小孔，并能到達擋板后面的“陰影區(qū)”，小孔的尺寸減小時，水波到達“陰影區(qū)”的現(xiàn)象更加明顯(2)當水波遇到較大的障礙物時，將會返回，當障礙物較小時，波能繼續(xù)向前傳播知識深化1．衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射．衍射只有“明顯”與“不明顯”之分，障礙物或小孔的尺寸跟波長差不多，或比波長小是產(chǎn)生明顯衍射的條件．2．聲波波長較長，一般在1.7cm～17m.3．波的直線傳播只是在衍射不明顯時的近似情況．(多選)如圖3所示是觀察水波衍射的實驗裝置．AC和BD是兩塊擋板，AB是一個孔，O是波源．圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間的距離表示一個波長，則關于波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列描述正確的是()圖3A．此時能觀察到波明顯的衍射現(xiàn)象B．擋板前后波紋間距離相等C．如果將孔AB擴大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象D．如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能觀察到更明顯的衍射現(xiàn)象〖答案〗ABC〖解析〗觀察題圖可知孔的尺寸與波長差不多，能觀察到波明顯的衍射現(xiàn)象，故A對；因波的傳播速度不變，頻率不變，故波長不變，即擋板前后波紋間距離應相等，故B對；若將孔AB擴大，且孔的尺寸遠大于波長，則可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象，故C對；若f增大，由λ＝eq\f(v,f)，知λ變小，衍射現(xiàn)象變得不明顯了，故D錯．針對訓練(2020·北京東城區(qū)期末)如圖4所示為觀察水面波衍射的實驗示意圖，CA、BD是擋板，它們之間有一窄縫，A、B分別為窄縫邊緣的兩點．S點表示波源，相鄰兩波紋之間的距離表示一個波長，已知A、B間的距離與波長相差不多，則波穿過窄縫之后()圖4A．波紋之間距離變大B．波的振幅變大C．波僅在SA與SB兩直線之間的扇形區(qū)域內(nèi)傳播D．波能傳播到SA、SB兩直線外側的區(qū)域〖答案〗D〖解析〗穿過窄縫之后，波的頻率不變，波速不變，所以波長不變，即波紋間距不變，振幅不變，故選項A、B錯誤；波衍射后偏離直線傳播路徑，故C錯誤，D正確．1．(波的反射與折射)(多選)下列說法正確的是()A．波發(fā)生反射時，波的頻率不變，波速變小，波長變短B．波發(fā)生反射時，頻率、波長、波速均不變C．波發(fā)生折射時，波的頻率不變，但波長、波速發(fā)生變化D．波發(fā)生折射時，波的頻率、波長、波速均發(fā)生變化〖答案〗BC〖解析〗波發(fā)生反射時，在同一種介質中運動，因此波長、波速和頻率都不發(fā)生變化；波發(fā)生折射時，頻率不變，波速和波長均發(fā)生變化，故B、C正確，A、D錯誤．2．(波的衍射)某同學觀察到波長相同的水波通過兩個寬度不同的狹縫時的現(xiàn)象，如圖5所示，下列說法正確的是()圖5A．水波通過狹縫后波長變短B．這是水波的衍射現(xiàn)象，有些波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象C．此現(xiàn)象可以說明，波長一定，縫越窄衍射現(xiàn)象越明顯D．此現(xiàn)象可以說明，縫寬一定，波長越長衍射現(xiàn)象越明顯〖答案〗C〖解析〗波衍射后不影響波的特性，即波長不變，A錯誤；波的衍射是波特有的性質，所有波都會發(fā)生衍射現(xiàn)象，B錯誤；由題圖可知圖甲衍射現(xiàn)象比較明顯，所以波長一定，縫越窄衍射現(xiàn)象越明顯，由于題中給出的是波長一定的情況，無法比較縫寬一定時不同波長的波的衍射情況，C正確，D錯誤．3.(波的衍射)(多選)(2020·上海交大附中期中)如圖6所示，圖中S為水面上振動的波源，M、N是水面上的兩塊擋板，其中N板可以上下移動，兩板中間有一狹縫，此時測得A處水面沒有振動，為使A處