3.3波的反射折射和衍射課件高二上學期物理人教版選擇性

第一章動量守恒定律3.3波的反射、折射和衍射人教版（2019）高中物理選擇性必修第一冊新課導入1新課講解3學習目標2經(jīng)典例題4課堂練習5本課小結6目錄北京天壇回音壁我們知道，聲音在傳播過程中，遇到障礙物時會發(fā)生反射。對著遠處的峭壁大喊一聲會聽到回聲，就是聲波在峭壁上反射的結果。生活中，你是否注意過水波的反射？波的反射應該遵從什么規(guī)律？學習目標1.通過實驗認識波的反射和折射現(xiàn)象。2.通過用射線解釋反射、折射現(xiàn)象，認識波動中構建物理模型的方法。3.知道波的衍射現(xiàn)象和波產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件。一、波的反射1.波的反射波在傳播過程中遇到障礙物會返回來繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，叫波的反射。2.入射線和反射線①入射線：代表波的入射方向的射線。②反射線：代表波的反射方向的射線。法線分界面3.波的反射規(guī)律：（1）反射線、法線和入射線在同一平面內，反射線和入射線分居法線兩側，反射角等于入射角。（2）反射波的波長、頻率和波速都跟入射波的相同。（3）波遇到兩種介質界面時，總存在反射。一、波的反射2．回聲是聲波的反射現(xiàn)象．對著山崖或高墻說話，聲波傳到山崖或高墻時，會被反射回來繼續(xù)傳播．1．夏日的雷聲轟鳴不絕．聲波在云層界面多次反射．3．在空房間里講話感覺聲音響．聲波在普通房間里遇到墻壁，地面，天花板發(fā)生反射時，由于距離近，原聲與回聲幾乎同時到達人耳．人耳只能分開相差0.1s以上的聲音．所以，在房間里聽不到回聲，人在房間里講話感覺聲音比在野外大，而普通房間里的慢帳、地毯、衣物等會吸收聲波，會影響室內的聲響效果．思考：如圖所示，一場大雪過后，人們會感到外面萬籟俱靜．這是怎么回事？難道是人的活動減少了嗎？提示：剛下過的雪是新鮮蓬松的，它的表面層有許多小氣孔．當外界的聲波傳入這些小氣孔時便要發(fā)生反射．由于氣孔往往是內部大而口徑?。?，僅有少部分波的能量能通過口徑反射回來，而大部分的能量則被吸收掉了．所以不是人的活動減少了。二、波的折射1.波在傳播過程中，從一種介質進入另一種介質時，波的傳播方向發(fā)生偏折的現(xiàn)象叫作波的折射．2.特點：波的頻率不改變，波速和波長都發(fā)生了改變，入射角與折射角之間滿足折射定律。界面介質I介質II法線二、波的折射3.折射定律：入射線、法線、折射線在同一平面內，入射線與折射線分居法線兩側．入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一種介質中的速度跟波在第二種介質中的速度之比。1.當入射速度大于折射速度時，折射角折向法線。2.當入射速度小于折射速度時，折射角折離法線。3.當垂直界面入射時，傳播方向不改變，屬折射中的特例。4.在波的折射中，波的頻率不改變，波速和波長都發(fā)生改變。波發(fā)生折射的原因：是波在不同介質中的速度不同回聲測距(1)當聲源不動時,聲波遇到了靜止障礙物會返回來繼續(xù)傳播,由于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)過時間t聽到回聲,則聲源距障礙物的距離為s=v聲

。(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)。(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s=(v聲-v)。二、波的折射超聲波定位蝙蝠、海豚能發(fā)出超聲波,超聲波遇到障礙物或捕食目標時會被反射回來。蝙蝠、海豚就是根據(jù)接收到反射回來的超聲波來確定障礙物或食物的位置,從而確定飛行或游動方向。二、波的折射1.頻率f由波源決定,故無論是反射波還是折射波都與入射波的頻率即波源的振動頻率相同。2.波速v由介質決定,因反射波與入射波在同一介質中傳播,故波速不變;而折射波與入射波在不同介質中傳播,所以波速變化。3.據(jù)v=λf知,波長λ與v及f有關,與介質及波源有關。反射波與入射波在同一介質中傳播,頻率相同,故波長相同。折射波與入射波在不同介質中傳播,f相同,v不同,故λ不同。波反射和折射時的物理量變化二、波的折射波現(xiàn)象波的反射波的折射傳播方向改變θ反＝θ入改變θ折≠θ入頻率f不變不變波速v不變改變波長λ不變改變波的反射、折射現(xiàn)象中各物理量的變化二、波的衍射1.定義:波可以繞過障礙物而繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫作波的衍射。思考發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是什么？【提示】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,才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。取一個不透光的屏，在它的中間裝上一個可以調節(jié)的狹縫，在縫后適當距離放一個像屏，用平行的單色光照射。調節(jié)狹縫的寬窄，如果能在光屏上觀察到比狹縫的寬度管得多的亮區(qū)，就證明了光的衍射現(xiàn)象的存在。二、波的衍射2.發(fā)生明顯衍射的條件：障礙物或孔的尺寸比波長小或與波長差不多．3.關于衍射的兩點說明(1)衍射始終存在，只是有的衍射明顯，有的衍射不明顯．(2)衍射和干涉都是波的特有現(xiàn)象，一切波都能發(fā)生干涉和衍射．二、波的衍射典例分析例1：關于波的衍射．下列說法正確的是()A．衍射是一切波的特性B．波長跟孔的寬度差不多時，能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象C．波長比孔的寬度小得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯D波長比孔的寬度大得越多，衍射現(xiàn)象越不明顯ABC典例分析例2：下列關于波的衍射的說法正確的是()A．衍射是一切波特有的現(xiàn)象B.對同一列波，縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長差不多或比波長小時，衍射現(xiàn)象明顯C．只有橫波才能發(fā)生衍射現(xiàn)象，縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象D．聲波容易發(fā)生衍射現(xiàn)象是由于聲波波長較大答案：A、B、D解析：衍射是一切波特有的現(xiàn)象，所以選項A對c錯；發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象是有務件的，只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長差不多或比波長更小時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，所以選項B是正確的；聲波的波長在1．7cm到17m之問，一般常見的障礙物或孔的大小可與之相比，正是由于聲波波長較大，聲波容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，所以選項D也是正確的。典例分析例3：甲、乙兩人分乘兩只船在湖中釣魚，兩船相距24m，有一列水波在湖面上傳播，使每只船每分鐘上下浮動10次。當甲船位于波峰時，乙船位于波谷，這時兩船之間還有一個波峰，則此水波的波長為多少?波速為多少?若此波在傳播過程中遇到一根豎立的電線桿，是否會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象?答案：16m.8/3m/s會發(fā)生典例分析典例分析例4：如圖所示是觀察水面波衍射現(xiàn)象的實驗裝置，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，則波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列描述中正確的是()A．此時能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象B．擋板前后波紋間距離相等C．如果孔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，能更明顯的觀察到衍射現(xiàn)象【答案】A、B、C【解析】根據(jù)能有明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物或孔的尺寸比波長小或差不多。從圖中可看出孔AB的尺寸小于一個波長，所以此時能明顯地觀察到波的衍射現(xiàn)象，A正確；因為穿過擋板小孔后的波速不變，頻率相同，所以波長也相同，B正確；若將孔AB擴大，將可能不滿足明顯衍射現(xiàn)象的條件，就有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象，C正確；若將波源頻率增大，由于波速不變，所以波長變小，將可能不滿足明顯衍射現(xiàn)象的條件，也有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象，D錯誤。課堂練習1.如圖所示，P為橋墩，A為靠近橋墩浮在水面的葉片，波源S連續(xù)振動，形成水波，此時葉片A靜止不動。為使水波能帶動葉片振動，可用的方法是（）A.提高波源頻率 B.降低波源頻率C.增大波源距橋墩的距離 D.減小波源距橋墩的距離B解析：波的頻率與振動的頻率相等，波速不變，根據(jù)λ=v/f知，頻率增大時波長減小，衍射現(xiàn)象不明顯，反之降低頻率，波長增大，衍射現(xiàn)象明顯，故B正確。

C

課堂練習3.在空曠的廣場上有一堵較高大的墻MN，墻的一側O點有一個正在播放男女聲合唱歌曲的聲源。某人從圖中A點走到墻后的B點，在此過程中，如果從聲波的衍射來考慮，則會聽到 （）A.聲音變響亮，男聲比女聲更響 B.聲音變響亮，女聲比男聲更響C.聲音變弱，男聲比女聲更弱 D.聲音變弱，女聲比男聲更弱解析：由于MN很高大，所以衍射現(xiàn)象比較弱；由于女聲音調更高，波長更小，所以衍射更不明顯。D課堂練習4.在水波槽的衍射實驗中，若打擊水面的振子振動的頻率是5Hz，水波在水波槽中的傳播速度是0.05m/s，為觀察到顯著的衍射現(xiàn)象，小孔直徑d應為()A．10cm B．5mC．d>1cm D．d<1cm

課堂練習課堂小結波的反射