新教材2023高中物理第三章机械波3.3波的反射折射和衍射课件新人教版选择性必修第一册

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第三章 机械波3　波的反射、折射和衍射知识点一 　波的反射1.我们知道光有反射现象.机械波是否也有反射现象呢?能举例说明吗?答案:机械波也有反射现象.例如回声,回声是声波的反射现象.2.波的反射:波遇到障碍物时会返回来继续传播的现象.如图所示,a是 线,b是 线,∠β是 角,∠α是 角,且∠β ∠α.反射入射反射入射=知识点二　波的折射1.我们将筷子斜插入水中发现筷子像折断了一样,这是什么原因呢?机械波也会发生这种现象吗?答案:光从水中斜射入空气时发生了折射.机械波也会发生折射.2.波的折射:波在传播过程中,由一种介质进入另一种介质时,传播方向发生偏折的现象.如图所示,c是 线,d是 线,∠γ是 角,∠i是 角.折射入射折射入射知识点三　波的衍射1.在日常生活中我们常遇到“不见其人先闻其声”的现象,为什么看不到人却能听到他发出的声音呢?答案:声波的波长比较长,容易发生衍射,而光波波长短,不容易发生衍射,所以会有“不见其人先闻其声”的现象.2.波的衍射.(1)波的衍射:波可以 物继续传播的现象.(2)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波长 ,或者比波长 时,才能观察到明显的衍射现象.(3)一切波都能发生衍射,衍射是波 的现象.绕过障碍相差不多更小特有1.医生给病人做超声波检查利用了超声波的反射.( )2.潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况利用了电磁波的折射.( )3.水波的反射现象中,反射线、法线和入射线在同一平面内. ( )4.一列水波由深水区进入浅水区时频率变小.( )5.孔的尺寸比波长大得多时不会发生衍射现象.( )6.衍射是波特有的现象.( )7.孔的尺寸比波长小时能观察到明显的衍射现象.( )√×√××√√探究一　波的反射1.人在室内讲话比在室外空旷处讲话声音要显得更洪亮,这是为什么呢?答案:人说话时产生声波,声波在传播过程中,遇到障碍物会发生反射,声波在房间里遇到墙壁、地面或天花板发生多次反射,由于距离近,原声与回声几乎同时到达人耳(人耳只能区分相差0.1 s以上的声音),所以人在房间里讲话声音比空旷处要显得更洪亮.2.阅读教材演示实验“水波的反射”,你发现波的反射和你学过的光的反射规律一样吗?你能总结一下波的反射应该遵从什么规律吗?答案:水波的反射与光的反射遵循同样的规律.反射线、法线和入射线在同一平面内,反射线与入射线分居法线两侧,反射角等于入射角.1.波的反射:波遇到障碍物时会返回来继续传播的现象.2.入射角与反射角:波在遇到障碍物发生反射时,入射线与法线的夹角叫作入射角,反射线与法线的夹角叫作反射角.如图所示.3.波的反射规律:反射线、法线和入射线在同一平面内,反射线和入射线分居法线两侧,反射角等于入射角.4.反射波的波长、频率和波速都与入射波的相同.【典例1】某物体发出的声波在空气中的波长为1 m,波速为340 m/s,在海水中的波长为4.5 m.(1)该波的频率为　 　Hz,在海水中的波速为　 　m/s. (2)若物体在海面上发出的声音经过0.5 s听到回声,则海水深度为多少? 答案:(1)340　1 530　(2)382.5 m【变式】若物体在海面上发声后,以5 m/s的速度由海面向海底运动,则经过多长时间听到回声?[海水深度第(2)问中已计算出]答案:0.498 s 探究二　波的折射在水槽的一部分底面上放一块厚玻璃板,把水槽分为深水区和浅水区两个区域(水波在这两个区域中传播速度不同,因而可以把这两个区域看作不同的介质),让水波从深水区传播到两个区域的界面上,可以看到波由深水区进入浅水区继续传播,但是传播方向改变了.1.如果用一条射线代表水波的入射方向,用另一条射线代表水波的折射方向,可以更清晰地看出水波在深度不同的水域传播时,发生了什么变化?答案:水波在深度不同的水域传播时,在两区域的交界处传播方向发生了偏折.  4.波在反射、折射现象中的波长、频率和波速【典例2】如图所示,1、2、3分别代表入射线、反射线、折射线,则( )A.反射波与入射波的波长、频率相等,波速不相等B.反射波与入射波的波速、频率相等,波长不相等C.折射波与入射波的波速、频率、波长均相等D.折射波与入射波的频率相等,波速、波长均不相等答案: D解析:反射波的波长、频率、波速与入射波的都相等,故选项A、B错误;折射波的波长、波速与入射波的都不相等,但频率相等,故选项C错误,选项D正确.波的反射和折射问题中的规律(1)频率f由波源决定:无论是反射波还是折射波,其频率都与入射波的频率相等,即与波源的振动频率相同.(2)波速v受介质影响: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.探究三　波的衍射1.湖中有一个实心桥墩P,A为靠近桥墩浮在水面上的一片树叶,俯视图如图所示,湖面平静.现在S处以某一频率拍打水面,发现形成的水波带动树叶A振动起来.答案:水波绕过桥墩继续传播,发生了衍射.水波的运动迫使树叶振动.(1)桥墩后面的树叶为什么能振动起来?(2)降低拍打水面的频率,发现振动变明显,原因是什么?答案:降低拍打水面的频率,水面形成的水波波长增长,衍射现象变明显,树叶振动更加明显.答案:A、B两处小船明显受到影响是因为水波发生了明显的衍射,波浪传播到了A、B处.当障碍物或缝隙的尺寸比波浪的波长小或跟波长差不多时,才能发生明显的衍射现象.2.如图所示,一小型渔港的防波堤两端MN相距约60 m,在防波堤后A、B两处各有一小船进港躲避风浪.某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播.当波浪的波长约为 10 m 时,A、B两处的小船基本上不受波浪影响;当波浪的波长约为50 m时,A、B两处的小船明显受到波浪影响.发生这种现象的原因是什么?3.阅读教材中的演示实验“水波的衍射”,思考发生明显衍射现象的条件是什么.孔的尺寸越小,衍射现象是否越容易观察?答案:发生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多,或者比波长更小.当孔的尺寸非常小时,衍射波的能量很弱,很难观察到波的衍射.1.波的衍射:波可以绕过障碍物继续传播,这种现象叫作波的衍射.一切波都能发生衍射.衍射是波特有的现象.2.发生明显衍射现象的条件:缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多,或者比波长更小.障碍物的尺寸的大小不是发生衍射的条件,而是发生明显衍射的条件.3.波的衍射总是存在的,但有“明显”与“不明显”的差异.波长较长的波容易发生明显的衍射现象.4.波的衍射实质分析:波传到小孔(或障碍物)时,小孔(或障碍物)仿佛一个新波源,由它发出的与原来同频率的波在小孔(或障碍物)后传播,波就偏离了直线方向.波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况.【典例3】(2021·广东中山)如图所示,图中S为在水面上振动的波源,M、N是水面上的两块挡板,其中N板可以上下移动,两板中间有一狭缝,此时测得A处水面没有振动,为使A处水面也能发生振动,可采用的方法是 (　　) A.使波源的频率增大B.使波源的频率减小C.使波源的周期减小D.移动N使狭缝的间距增大解析:当波源的周期减小时,其频率增大,波长减小,不易发生衍射现象,选项A、C错误;当波源的频率减小时,波长增大,可以使衍射现象更明显,选项B正确;狭缝的间距越大越不容易发生衍射现象,选项D错误.答案:B【典例4】在水波的衍射实验中,若拍打水面的物体的振动频率是5 Hz,水波在水槽中的传播速度为0.05 m/s,为观察到明显的衍射现象,小孔的直径d应满足什么条件? 答案:d应与1 cm相差不多,或小于1 cm.课堂评价1.(多选)下列现象与波的反射有关的是( )A.在山谷中大声喊可以听到回声B.振动的音叉在水面产生涟漪C.夏日的雷声轰鸣不绝D.声呐可以用来探测海底深度解析:回声是由于声波的反射而形成的,选项A是波的反射.音叉在水面产生的涟漪是振动产生的波,并非波的反射,选项B错误.雷声轰鸣不绝是由于雷声在地面与云层之间、云层与云层之间来回反射而形成的,选项C正确.声呐的工作原理就是波的反射,选项D正确.答案:ACD2.一列水波由深水区进入浅水区,入射波与界面的夹角为45°,折射波与界面的夹角为60°,则下列说法正确的是( )A.波在深水区与浅水区的波速相同,频率不同,波长不同B.波在浅水区与深水区中传播时,波速、频率、波长都相同C.深水区中的波速、波长比浅水区中的小D.深水区中的波速、波长比浅水区中的大答案:D 3.一列波在第一种均匀介质中的波长为λ1,在第二种均匀介质中的波长为λ2,且λ1=3λ2,那么波在这两种介质中的频率之比和波速之比分别为(　　) A.3∶1,1∶1　　　　　 　 B.1∶3,1∶4 C.1∶1,3∶1 D.1∶1,1∶3答案:C 4.(多选)下列各图所示的现象为水波的衍射现象,S为波源,d为挡板上的小孔宽度,相邻弧线间距为一个波长,挡板两侧水的深度相同,其中符合事实的是( )ABCD解析:选项A、B中小孔宽度明显大于波长,衍射现象不明显,故选项A错误,选项B正确.选项C、D中小孔宽度明显小于波长,衍射现象明显,但穿过小孔后,波速和频率不变,波长不变,故选项C正确,选项D错误.答案:BC5.一列波以60°入射角入射到两种介质的界面,反射波刚好与折射波垂直.已知入射波的波长为0.6 m.求:(1)折射波的波长;(结果保留两位有效数字)(2)反射波的波长.答案:(1)0.35 m　(2)0.6 m (2)反射波的频率和波速不变,和入射波的相等,所以其波长不变,仍为0.6 m.新高考 新考向情境　“B超”可用于探测人体内部器官的病变状况.下页图是超声波从肝脏表面入射,经折射与反射,最后从肝脏表面射出的示意图.超声波在进入肝脏发生折射时遵循