人教版(新教材)高中物理選擇性必修1學(xué)案1：3 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(cè)PAGEPAGE13.3波的反射、折射和衍射〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1．知道波的反射、折射和衍射現(xiàn)象，知道明顯衍射的條件。2．理解波的反射定律和折射定律，能進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。3．經(jīng)歷探究波的明顯衍射現(xiàn)象條件的過(guò)程。4．利用波的幾種現(xiàn)象實(shí)例培養(yǎng)觀察、分析和歸納的習(xí)慣?！贾R(shí)梳理〗知識(shí)點(diǎn)一波的反射1．反射現(xiàn)象：波遇到介質(zhì)界面(如水波遇到擋板)時(shí)會(huì)返回原介質(zhì)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內(nèi)，反射線與入射線分居兩側(cè)，反射角入射角。知識(shí)點(diǎn)二波的折射1．波的折射：光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生折射,同樣,一切波都會(huì)發(fā)生現(xiàn)象。2．水波的折射：水波在不同的水域傳播時(shí)，在交界處將發(fā)生。知識(shí)點(diǎn)三波的衍射1．波繞過(guò)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。2．發(fā)生明顯衍射的條件：障礙物或狹縫的尺寸跟相差不多，或者比波長(zhǎng)更小。3．一切波都能發(fā)生。衍射是波特有的現(xiàn)象?！颊n堂探究〗一、波的反射和折射情境1：我們?cè)谏街?、在大的空房間里大聲說(shuō)話時(shí)，都會(huì)聽(tīng)到回聲，這屬于波的什么現(xiàn)象？1．波的反射和折射中物理量變化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(zhǎng)λ不變改變2.對(duì)波的三點(diǎn)說(shuō)明(1)頻率(f)由波源決定：故無(wú)論是反射波還是折射波都與入射波的頻率相等，即都與波源的振動(dòng)頻率相同。(2)波速(v)由介質(zhì)決定：故反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播，波速不變，折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，波速變化。(3)據(jù)v＝λf知，波長(zhǎng)λ與波速和頻率有關(guān)。反射波與入射波，頻率同、波速同，故波長(zhǎng)相同，折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，頻率同，波速不同，故波長(zhǎng)不同。例1甲、乙兩人站在一堵墻前面，兩人相距2a，距墻均為eq\r(3)a。當(dāng)甲開(kāi)了一槍后，乙在t時(shí)間后聽(tīng)到第一聲槍響，則乙在什么時(shí)候能聽(tīng)到第二聲槍響()A．聽(tīng)不到 B．甲開(kāi)槍后3t時(shí)間C．甲開(kāi)槍后2t時(shí)間 D．甲開(kāi)槍后eq\f(\r(3)＋\r(7),2)t時(shí)間規(guī)律方法波的反射應(yīng)用技巧——回聲測(cè)距利用回聲測(cè)距是波的反射的一個(gè)重要應(yīng)用，它的特點(diǎn)是聲源正對(duì)障礙物，聲源發(fā)出的聲波與回聲在同一條直線上傳播。(1)若是一般情況下的反射，反射波和入射波是遵從反射定律的，可用反射定律作圖后再求解。(2)利用回聲測(cè)距時(shí)，要特別注意聲源是否運(yùn)動(dòng)，若聲源運(yùn)動(dòng)，聲源發(fā)出的原聲至障礙物再返回至聲源的這段時(shí)間與聲源的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同。(3)解決波的反射問(wèn)題，關(guān)鍵是根據(jù)物理情景規(guī)范作出幾何圖形，然后利用幾何知識(shí)結(jié)合物理規(guī)律進(jìn)行解題。二、波的衍射情境2：聲波能繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播，衍射聲波有什么特點(diǎn)？水波能到達(dá)擋板的后面，衍射水波有什么特點(diǎn)？1．波的衍射的條件：應(yīng)該說(shuō)衍射是沒(méi)有條件的，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(zhǎng)差不多，或比波長(zhǎng)小是產(chǎn)生明顯衍射的條件。2．波的衍射的實(shí)質(zhì)：波傳到小孔(障礙物)時(shí)，小孔(障礙物)仿佛是一個(gè)新波源，由它發(fā)出的與原來(lái)同頻率的波在小孔(障礙物)后傳播，就偏離了直線方向。波的直線傳播只是在衍射不明顯時(shí)的近似情況。3．衍射現(xiàn)象與觀察的矛盾：當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)盡管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射現(xiàn)象不容易觀察到。例2如圖所示是觀察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個(gè)孔，O是波源，圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每?jī)蓷l相鄰波紋(圖中曲線)之間距離表示一個(gè)波長(zhǎng)，則對(duì)于波經(jīng)過(guò)孔之后的傳播情況，下列描述不正確的是()A．此時(shí)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．如果將孔AB擴(kuò)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，能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象規(guī)律方法衍射現(xiàn)象的兩點(diǎn)提醒(1)障礙物的尺寸與波長(zhǎng)大小的關(guān)系不是發(fā)生衍射的條件，而是發(fā)生明顯衍射的條件，波長(zhǎng)越大越易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象。(2)當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)，盡管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很難觀察到波的衍射?！颊n堂達(dá)標(biāo)〗1．關(guān)于波的反射與折射，下列說(shuō)法正確的是()A．入射波的波長(zhǎng)一定等于反射波的波長(zhǎng)，其頻率不變B．入射波的波長(zhǎng)一定小于反射波的波長(zhǎng)，其頻率不變C．入射波的波長(zhǎng)一定大于折射波的波長(zhǎng)，其頻率不變D．入射波的波長(zhǎng)一定小于折射波的波長(zhǎng)，其頻率不變2．(多選)關(guān)于波的衍射現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是()A．當(dāng)孔的尺寸比波長(zhǎng)大時(shí)，一定不會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象B．只有孔的尺寸與波長(zhǎng)相差不多時(shí)，或者比波長(zhǎng)還小時(shí)才會(huì)觀察到明顯的衍射現(xiàn)象C．只有波才有衍射現(xiàn)象D．衍射是波特有的現(xiàn)象3．一塊小石子投入河水中激起一列水波，遇到障礙物后能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，障礙物是()A．靜止在河面的漁船 B．靜止在河面的貨船C．豎立在河中的竹竿 D．豎立在河中的橋墩4．“B超”可用于探測(cè)人體內(nèi)臟的病變狀況。如圖是超聲波從肝臟表面入射，經(jīng)折射與反射，最后從肝臟表面射出的示意圖。超聲波在進(jìn)入肝臟發(fā)生折射時(shí)遵循的規(guī)律與光的折射規(guī)律類似，可表述為eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(v1,v2)(式中θ1是入射角，θ2是折射角，v1、v2分別是超聲波在肝外和肝內(nèi)的傳播速度)，超聲波在腫瘤表面發(fā)生反射時(shí)遵循的規(guī)律與光的反射規(guī)律相同。已知v2＝0.9v1，入射點(diǎn)與出射點(diǎn)之間的距離是d，入射角是i，腫瘤的反射面恰好與肝臟表面平行。求：腫瘤離肝表面的深度h為多少？

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖知識(shí)梳理〗知識(shí)點(diǎn)一平面法線等于知識(shí)點(diǎn)二折射深度折射知識(shí)點(diǎn)三障礙物波長(zhǎng)衍射〖課堂探究〗情境1：波的反射現(xiàn)象。例1〖答案〗C〖解析〗乙聽(tīng)到的第一聲槍響必然是甲開(kāi)槍的聲音直接傳到乙的耳中，故t＝eq\f(2a,v)。甲、乙二人及墻的位置如圖所示，乙聽(tīng)到的第二聲槍響必然是經(jīng)墻反射傳來(lái)的槍聲，由反射定律可知，波線如圖中AC和CB，由幾何關(guān)系可得eq\x\to(AC)＝eq\x\to(CB)＝2a，故第二聲槍響傳到乙耳中的時(shí)間為t′＝eq\f(\x\to(AC)＋\x\to(CB),v)＝eq\f(4a,v)＝2t。情境2：衍射波與原波具有相同的頻率，傳播過(guò)程中波形沒(méi)變。例2〖答案〗D〖解析〗從題圖中可以看出，孔的大小與波長(zhǎng)相差不多，故能夠發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)A正確；由于在同一均勻介質(zhì)中，波的傳播速度沒(méi)有變化，又因?yàn)椴ǖ念l率是一定的，又根據(jù)λ＝eq\f(v,f)可得波長(zhǎng)λ沒(méi)有變化，選項(xiàng)B正確；當(dāng)將孔擴(kuò)大后，孔的寬度和波長(zhǎng)有可能不滿足發(fā)生明顯衍射的條件，選項(xiàng)C正確；如果孔的大小不變，使波源頻率增大，則波長(zhǎng)減小，孔的寬度將比波長(zhǎng)大，孔的寬度和波長(zhǎng)有可能不滿足發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。〖課堂達(dá)標(biāo)〗1.〖答案〗A〖解析〗入射波與反射波在同種介質(zhì)中波速相同，頻率由波源決定，頻率相同，由v＝λf知波長(zhǎng)相同，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；因不知介質(zhì)情況，入射波與折射波波長(zhǎng)無(wú)法比較，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。2.〖答案〗BCD〖解析〗衍射是波特有的現(xiàn)象。當(dāng)孔的尺寸比波長(zhǎng)大時(shí)，會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，只不過(guò)不明顯。只有當(dāng)孔、縫或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多，或者比波長(zhǎng)更小時(shí)，才會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，切不可把此條件用來(lái)判斷波是否發(fā)生了衍射現(xiàn)象。3.〖答案〗C〖解析〗河水中激起一列水波，遇到障礙物后能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，依據(jù)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象的條件是障礙物的尺寸與波長(zhǎng)相差不大或者比波長(zhǎng)小，故該障礙物的尺寸較小，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。故選C。4.〖解析〗超聲波沿如圖所示的路線傳播，根據(jù)eq\f(sini,sinθ)＝eq\f(v1,v2)，又因?yàn)関2＝0.9v1，所以sinθ