人教版高中物理选择性必修第一册第3章机械波3波的反射、折射和衍射课件

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第三章3　波的反射、折射和衍射基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目录索引 学以致用·随堂检测全达标基础落实·必备知识全过关一、波的反射与折射1.波的反射波的反射与光的反射遵循同样的规律。如图所示,当波传播到两种介质的交界处发生反射时,反射线、法线与入射线在　　　　　　　内,反射线与入射线分居　　　　两侧,反射角　　　　入射角。反射波的波长、频率和波速都与入射波相同。 同一平面法线等于2.波的折射　　　 和光的折射遵循一样的规律　　 波都会发生折射现象。 二、波的衍射1.定义:波可以绕过　　　　　继续传播,这种现象叫作波的衍射。 　　　　　 不是衍射条件2.波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　　　　相差不多,或者比　　　　　时,才能观察到明显的衍射现象。 3.特点:　　　　波都能发生衍射。衍射是波特有的现象。 一切障碍物波长波长更小一切情境链接你能解释下列现象吗?(1)在空旷的大房间里说话会产生回音。(2)夏日的雷声有时轰鸣不断。提示 声波的反射现象。 教材拓展教材P71演示实验“水波的衍射”中,采用了哪些实验方法?提示 (1)操作中采用了控制变量法,即水波波长一定,改变狭缝的宽度;狭缝的宽度一定,改变水波的波长。(2)通过归纳法得出发生明显衍射的条件。易错辨析(1)反射波的频率、波速与入射波相同。(　　)(2)折射波的频率、波速与入射波相同。(　　)(3)夏日的雷声有时轰鸣不绝,原因是声波在云层里多次反射。(　　)(4)闻其声而不见其人,说明声波能发生衍射现象。(　　)(5)孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象。(　　)√ ×折射波的频率不变,波速变化,则波长也变化。 √ √ ×一切波都能发生衍射,发生明显衍射现象的条件是孔的尺寸比波长小得多。 重难探究·能力素养全提升探究点一　波的反射及其应用如图所示,在水槽中,点波源所发出的圆形水波遇直线界面反射后的波形仍为同心圆形。请举例说明生活中波的反射现象。要点提示 回声是声波的反射现象,对着山崖或高墙说话,声波传到山崖或高墙时,会被反射回来继续传播。1.波的反射波遇到障碍物会返回原介质继续传播的现象。反射波的波长、频率和波速都跟入射波相同。2.声波反射的应用(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。特别提示　波在同一种均匀介质中传播时波速不变。【例1】 有一辆汽车以15 m/s的速度匀速行驶,在其正前方有一陡峭山崖,汽车鸣笛2 s后司机听到回声,此时汽车距山崖的距离有多远?(v声=340 m/s)答案 325 m 解析 汽车匀速行驶,速度为v车=15 m/s,声音在空气中传播速度不变。汽车从发出笛声到接收到笛声,汽车与声波的运动时间相同。如图所示。设汽车在A点发出笛声,A点到山崖B的距离为x1,汽车运动到C点接收到笛声,设AC距离为x2,CB距离为x,因二者运动时间相同,则有x1=x2+x①x1+x=v声t=340 m/s·t②x2=v车t=15 m/s·t③联立①②③得x=325 m。方法技巧　声波反射的应用技巧(1)利用反射定律解决实际问题,主要是利用声波的直线传播及其反射特点,考查匀速直线运动规律的应用。(2)利用声波的反射测量距离、速度是此类问题的重 点,应利用声波的直线传播和反射定律作出声波传播的示意图,再结合几何关系求解。对点演练1.甲、乙两人平行站在一堵墙前面,二人相距2a,距离墙均为 a,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C解析 乙听到第一声枪响是枪的声音直接传到乙的耳中,故 。甲、乙二人及墙的位置如图所示,乙听到第二声枪响是墙反射的枪声,波线如图中AC和CB所示,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探究点二　波的反射、折射现象中各量的变化波由介质Ⅰ进入介质Ⅱ时频率变化吗?波长变化吗? 要点提示 频率不变;波长变化。 (1)频率f由波源决定。无论是反射波还是折射波都与入射波的频率相等,即波源的振动频率相同。(2)波速v由介质决定。反射波与入射波在同一介质中传播,波速不变,折射波与入射波在不同介质中传播,波速变化。(3)据v=λf知,波长λ与波速和频率有关。反射波与入射波频率相同、波速相同,故波长相同,折射波与入射波在不同介质中传播,频率相同,波速不同,故波长不同。【例2】 一列声波在空气中的波长为0.25 m。当该声波传入介质中时,波长变为0.8 m,若空气中的声速是340 m/s。求:(1)该声波在介质中传播时的频率;(2)该声波在介质中传播的速度大小。答案 (1)1 360 Hz　(2)1 088 m/s 由于声波在不同介质中传播时,频率不变,所以声波在介质中传播时,频率仍为1 360 Hz。(2)由v=λf得v2=λ2f=0.8×1 360 m/s=1 088 m/s。方法技巧　波在传播过程中频率不变,在不同介质中传播时速度不同。 对点演练2.下列说法正确的是(　　)A.入射波的波长和反射波的波长相等B.入射波的波长大于折射波的波长C.入射波的波长小于折射波的波长D.入射角与折射角之比等于两波速之比A 解析 同一波在同一介质中波长、波速是一定的,故选项A正确;介质不确定时,入射波和折射波的波长大小关系无法确定,选项B、C错误;入射角的正弦与折射角的正弦之比才等于两介质中的波速之比,选项D错误。探究点三　对波的衍射现象的理解向平静的水面投一块小石子,水面会形成一圈圈美丽的波纹。这些波纹遇到露出水面的较小的石块会产生怎样的现象呢?要点提示 水波会绕过石块继续向前传播。 1.发生明显衍射现象的条件(1)水波遇到障碍物的情况当障碍物较小时发现波绕过障碍物继续前进,如同障碍物不存在一样。如图甲所示。(2)水波遇到小孔的情况当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形波。如图乙所示。(3)产生明显衍射的条件产生明显衍射现象,必须具备一定的条件:障碍物或孔的尺寸比波长小,或者跟波长相差不多。2.波的衍射现象分析波传到小孔时,小孔仿佛是一个新的波源,由它发出与原来同频率的波在孔后传播,于是就出现了偏离直线传播的衍射现象。波的直线传播是衍射现象不明显时的近似情形。【例3】 (多选)观察水面波衍射的实验装置如图所示,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ABC 解析 从题图中可看出孔AB的尺寸小于一个波长,所以此时能明显地观察到波的衍射现象,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,将可能不满足发生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,将可能不满足发生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D错误。方法技巧　障碍物或孔的尺寸大小并不是决定衍射能否发生的条件,而是衍射现象能否明显表现的条件。对点演练3.如图所示,正中O是水面上一波源,实、虚线分别表示该时刻相邻的波峰、波谷,A是挡板,B是小孔,经过一段时间,水面上的波形将分布于(　　)A.整个区域 B.阴影Ⅰ以外区域C.阴影Ⅱ以外区域 D.阴影Ⅲ以外区域B 解析 由题图中可直观看出,半波长为实虚两圆半径之差,且可看出挡板A的尺寸比波长大得多,而小孔B与波长长度差不多。据波发生明显衍射的条件知,该波在挡板A处的衍射现象很不明显,即可认为波沿直线传播,故Ⅰ区内水面无波形,故选项A、C、D不正确;该波的波长与小孔B差不多,能够发生明显的衍射,故在阴影区Ⅱ、Ⅲ之内明显存在衍射波的波形,故选项B正确。学以致用·随堂检测全达标1234解析 挡板左边是衍射波的波源,故A错误;在同一种介质中,机械波的波速相等,故B正确;波速不变,增大水波波源的频率,水波的波长将减小,而挡板间距没变,所以衍射现象将没有原来的明显,故C错误;在波长不变的情况下,增大挡板间距,衍射现象将没有原来的明显,故D错误。1.(发生明显衍射的条件)利用水波槽观察到的水波衍射图像如图所示,由图像可知(　　)A.B侧波是衍射波B.A侧波速与B侧波速相等C.仅增大水波波源的频率,衍射现象将更明显D.仅增大挡板之间的距离,衍射现象将更明显B 12342.(波的反射、折射中波长、频率、波速的变化)对于波长为100 m的声波,下列说法正确的是(　　)A.在同一介质中,比波长为20 m的声波传播快B.在空气中的频率比在水中大C.声波能发生折射,但折射后频率发生变化D.声波能发生反射,反射后波速不变D解析 机械波的传播速度由介质决定,波的频率由波源决定,与介质无关,所以折射后,波进入另一种介质,传播速度发生变化,反射后回到原来的介质,传播速度不变,故选项D正确。12343.(波的反射、折射中波长、频率和波速的变化)如图所示,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D解析 反射波的波长、频率、波速与入射波都应该相等,故选项A、B错误。折射波的波长、波速与入射波都不等,但频率相等,故选项C错误,选项D正确。12344.(发生明显衍射的条件)有一障碍物的宽度为10 m,下列衍射现象最明显的是(　　)A.波长为40 m的波B.波长为9.9 m的波C.频率为40 Hz的声波(声速v=340 m/s)D.频率为5 000 MHz的电磁波(波速v=3.0×108 m/s)A解析 根据 可得频率为40 Hz的声波波长为8.5 m,电磁波的波长为0.06 m,波长为40 m的波大于障碍物的宽度,其余波长都小于障碍物的尺寸,由波发生明显衍射现象的条件可知,选项A正确。