物理选修34 波的衍射和干涉图片课件ppt

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一、波的反射现象的应用
1.回声测距(1)当声源不动时，声波遇到了静止障碍物会返回来继续传播，由于反射波与入射波在同一介质中传播速度相同，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 (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 (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
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反射回来的超声波来确定障碍物或食物的位置，从而确定飞行或游动方向.
(1)波在同一均匀介质中传播可以看成匀速直线运动，其规律可以利用匀速直线运动的规律进行分析；(2)反射波的波长、频率、波速跟入射波的相同.
【典例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.海面上发出的声音经0.4 s听到回声，则海水深为多少？ 【解题指导】求解此题应把握以下三点：
【标准解答】声音在空气与在水中的频率相同，则所以物体发出的声音经 =0.2 s传至海底，故海水的深度为s=v水· =1 530×0.2 m=306 m.
【规律方法】求解回声测距问题的技巧(1)求解反射波的波速是解题的基础.①若波在同一种均匀介质传播过程中反射，则反射波的波速与入射波相同.②若波由一种介质进入另一种介质中时反射(如从空气进入水中),则根据波由一种介质进入另一种介质时频率不变,由v=λf求得反射波在另一种介质中的速度.(2)正确画出声波及物体运动过程的几何关系图是解题的突破口.(3)由s=vt求得声波及物体运动的距离并列出几何关系方程是解题的关键.
【互动探究】若位于海面上的物体发声的同时，一潜水员在同一地点以5 m/s的速度匀速竖直向下运动，则经过多长时间潜水员听到回声？
【解析】潜水员与声音运动的过程示意图如图所示.设潜水员的速度为v，听到回声的时间为t,海水深s，则v水t+vt=2s所以
二、波的反射现象和波的折射现象中各量的变化
波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射和折射现象，一些物理量相应发生了变化，比较如下：
说明1.频率f由波源决定，故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率，即波源的振动频率相同.2.波速v由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变；而折射波与入射波在不同介质中传播，所以波速变化.3.据v=λf知，波长λ与v及f有关，即与介质及波源有关，反射波与入射波在同一介质中传播，频率相同，故波长相同.折射波与入射波在不同介质中传播，f相同，v不同，故λ不同.
(1)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传播速度不同.(2)对于入射角为零的特殊现象，折射角也为零，即沿原方向传播，但介质发生了变化，其波长和波速也相应发生变化.
【典例2】一列声波从空气传入水中，已知水中声速较大，则( )A.声波频率不变，波长变小B.声波频率不变，波长变大C.声波频率变小，波长变大D.声波频率变大，波长不变 【解题指导】明确声波从一种介质进入另一种介质中时传播速度发生变化的原因是解题的关键.
【标准解答】选B.由于波的频率由波源决定，因此波无论在空气中还是在水中频率都不变，C、D错.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，故A错，B正确.
【变式训练】图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则( )A.2与1的波长、频率相等，波速不等B.2与1的波速、频率相等，波长不等C.3与1的波速、频率、波长均相等D.3与1的频率相等，波速、波长均不等
【解析】选D.波1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，A、B错，波1、3是在两种不同介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由λ= 得波长不同，故C错，D对.
【变式备选】(2011·哈尔滨高二检测)甲、乙两人平行站在一堵墙前面，二人相距2a,距离墙均为 ，当甲开了一枪后，乙在时间t后听到第一声枪响，则乙听到第二声枪响的时间为( )A.听不到B.甲开枪3t后C.甲开枪2t后D.甲开枪 后
【解析】选C.乙听到第一声枪响必然是甲放枪的声音直接传到乙的耳中，故t=甲、乙二人及墙的位置如图所示，乙听到第二声枪响必然是墙反射的枪声，由反射定律可知，波线如图中AC和CB，由几何关系可得：AC=CB=2a，故第二声枪响传到乙的耳中的时间为 故C正确.
【典例】利用超声波可以探测鱼群的位置.在一只装有超声波发射和接收装置的渔船上，向选定的方向发射出频率f=5.8×104 Hz的超声波后，经过时间t=0.64 s收到从鱼群反射回来的反射波.已知这列超声波在水中的波长λ=2.5 cm，求鱼群到渔船的距离是多少?
【标准解答】所发射的超声波在水中的传播速度为：v=λf=2.5×10-2×5.8×104 m/s=1 450 m/s超声波往返的路程为:s=vt=1 450×0.64 m=928 m渔船到鱼群的距离为s1= =464 m.答案：464 m
一、选择题1.(2011·郴州高二检测)下列叙述属波的反射现象的是( )A.夏日的雷声有时会轰鸣不绝B.在空房间里讲话，会感到声音比在野外响C.墙里讲话墙外听D.讲话者又听到自己的回声【解析】选A、B、D.A、B、D都属于波的反射现象，C属于波的衍射现象.
2.下列说法中正确的是( )A.水波是球面波B.声波是球面波C.只有横波才能形成球面波D.只有纵波才能形成球面波【解析】选B.若波面是球面，则为球面波，与横波、纵波无关，由此可知B正确，C、D错误.由于水波不能在空间中传播，所以它是平面波，A不正确.
3.在反射过程中，反射波跟入射波相同的量是( )A.波长 B.波速 C.频率 D.振幅【解析】选A、B、C.振幅表示波的能量，在传播中发生变化，而波的其他特征量不变.
4.下列说法正确的是( )A.入射波面与法线的夹角为入射角B.入射角跟反射角相等C.入射波线与法线的夹角为入射角D.入射波线与界面的夹角为入射角【解析】选B、C.入射角是波线与法线间的夹角.由平面几何知识可知，入射角跟反射角相等.B、C对.
5.关于对惠更斯原理的理解，下列说法正确的是( )A.同一波面上的各质点振动情况完全相同B.同一振源的不同波面上的质点的振动情况可能相同C.球面波的波面是以波源为中心的一个个球面D.无论怎样的波，波线始终和波面垂直【解析】选A、C、D.按照惠更斯原理：波面是由振动情况完全相同的点构成的面，而不同波面上质点的相位不同，故A对B错.由波面和波线的概念，不难判定C、D正确.故正确答案为A、C、D.
6.下列说法正确的是( )A.入射角与折射角的比等于两波速比B.入射波的波长小于折射波的波长C.入射波的波长大于折射波的波长D.入射波的波长等于反射波的波长【解析】选D.由于一定介质中的波速是一定的， 是一个只与两种介质的性质有关，而与入射角、折射角无关的常数，A错.介质不确定时，入射波和折射波的波长大小关系无法确定.B、C错.
7.下列说法正确的是( )A.波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长变短B.波发生反射时，频率、波长、波速均不变C.波发生折射时，波的频率不变，但波长、波速发生变化D.波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化【解析】选B、C.波发生反射时，由于在同一种介质中传播，因此波长、波速和频率不变；波发生折射时，频率不变，波速变化，波长变化.故B、C正确，A、D错误.
8.当一个探险者进入一个山谷后，为了估测出山谷的宽度，他吼一声后，经过0.5 s听到右边山坡反射回来的声音，又经过1.5 s后听到左边山坡反射回来的声音，若声速为340 m/s，则这个山谷的宽度约为( )A.170 m B.340 m C.425 m D.680 m【解析】选C.右边的声波从发出到反射回来所用时间为t1=0.5 s，左边的声波从发出到反射回来所用的时间为t2=2 s.山谷的宽度故C正确.
二、非选择题9.某人想听到自己发出声音的回声，若已知声音在空气中的传播速度为340 m/s，那么他至少要离障碍物多远?【解析】区别人发出的声音与回声至少需要0.1 s的时间.设障碍物至少和人相距s，则有2s=vt，得答案：17 m
10.一声波在空气中的波长为25 cm，速度为340 m/s，当折射入另一种介质时，波长变为80 cm，求：(1)声波在这种介质中的频率；(2)声波在这种介质中的传播速度.【解析】(1)声波由空气进入另一种介质时，频率不变，由v=λf得 Hz=1 360 Hz.(2)因频率不变，有得:答案：(1)1 360 Hz (2)1 088 m/s
【方法技巧】波的反射和折射问题中的规律在讨论波的反射、折射中频率、波速和波长时，仍然要抓住以下几点：(1)频率是由振源决定的，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)波长是由频率和波速共同决定的，即在波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据公式 可知波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由 可知波长变大.