人教版 (2019)选择性必修 第一册3 波的反射、折射和衍射多媒体教学课件ppt

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1.通过实验认识波的反射和折射现象。2.通过用射线解释反射、折射现象,认识波动中建构物理模型的方法。3.知道波的衍射现象和波产生明显衍射现象的条件。
1.反射现象:波遇到介质界面(如水波遇到挡板)时会返回原介质继续传播的现象。2.反射规律:反射线、法线与入射线在同一 内,反射线与入射线分居 两侧,反射角 入射角。
如图甲所示,我们在山中对着山谷大声喊“你好……”时会听到“连绵不断”的“你好……”的回声;如图乙所示,在空旷的大房间里大声说话时,会听到“嗡嗡”的回声,导致不容易听清声音。想一想这些属于波的什么现象?
答案:声波的反射现象。
1.波的折射:光从一种介质进入另一种介质时会发生折射,同样,一切波都会发生 现象。2.水波的折射:水波在深度不同的水域传播时,在交界处将发生 。
如图所示,我们对着家中的鱼缸大喊,会看见鱼缸中的鱼儿的游泳速度发生突然变化,好像听到了我们的喊声。这属于波的什么现象?
答案:声波的折射现象。
1.波的衍射:波绕过 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.波的衍射的普遍性:一切波都能发生 , 是波特有的现象。
我们常说“隔墙有耳”“未见其人先闻其声”,这些现象的发生是什么原因?
答案:声波发生了衍射现象。
要点一　波的反射和折射
请探究以下两个问题。探究:(1)夏日的雷声为什么轰鸣不绝?在空房间里讲话声音更响亮是怎么回事?
答案:(1)夏日的雷声轰鸣不绝是因为声波在云层界面多次反射;声波在房间里遇到墙壁、地面或天花板发生反射时,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感觉声音比在空旷处大。如果房间里有幔帐、地毯、衣物等,它们会吸收声波,从而使声音减弱。
探究:(2)如图所示两波的示意图,波由介质Ⅰ进入介质Ⅱ时频率变化吗?波长变化吗?
答案:(2)频率不变化,波长改变。
1.波的反射遵从反射定律,即入射线、反射线及法线位于同一平面内,入射线、反射线分别位于法线两侧,反射角等于入射角。2.波的频率是由波源决定的,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。3.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。
[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。
(1)该波的频率为　　　　 Hz,在海水中的波速为　　　　 m/s。 
答案:(1)340　1 530
(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:(2)382.5 m
(3)若物体以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?
答案:(3)0.498 s
解析:(3)物体与声音运动的过程示意图如图所示,设听到回声的时间为t′,则v物t′+v海t′=2h,代入数据解得t′≈0.498 s。
[即时训练1] 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
声波能绕过障碍物到达后面的情境如图甲所示;军舰发出的探测超声波遇到水下潜艇的传播情境如图乙所示。
探究:衍射声波有什么特点?
答案:衍射波与原波具有相同的频率,在传播过程中波形没变,只是传播范围进入到了障碍物后面的“阴影”区域。
1.发生明显衍射现象的条件只有当缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多,或者比波长更小时,才能观察到明显的衍射现象。2.正确理解衍射现象(1)衍射是波特有的现象,一切波都会发生衍射现象,凡是能发生衍射现象的一定是波。(2)衍射现象总是存在的,只有明显与不明显的差异,没有“不发生衍射”之说。(3)障碍物或孔的尺寸大小,并不是决定衍射是否能发生的条件,仅是衍射现象表现是否明显的条件。
(4)一般情况下,波长较大的波容易发生显著的衍射现象。(5)当孔的尺寸远小于波长时,尽管衍射十分突出,但由于衍射波的能量很弱,衍射现象也不容易观察到。3.衍射的成因波传到小孔(或障碍物)时,小孔(或障碍物)仿佛是一个新的波源,由它发出与原来同频率的波(称为子波),在孔(或障碍物)后传播,于是就出现了偏离直线方向传播的衍射现象。
[例2] (多选)如图所示是观察水面波衍射的实验装置,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,则对于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
[即时训练2] (多选)如图所示,S为在水面上振动的波源,M、N为水面上的两块挡板,其中N板可以移动,两板中间有一狭缝,此时测得A处水没有振动。为使A处水也能发生振动,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.移动N使狭缝的距离增大 D.移动N使狭缝的距离减小
解析:要使A处水发生振动,应使波的衍射现象更明显,而波能发生明显衍射现象的条件是狭缝的宽度跟波长相差不多或者比波长更小。因此可将狭缝变小,或将波长变大,而减小波源的频率可以使波长变大,故B、D正确。
【情境创设】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的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。
【素养训练】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多远?(v声=340 m/s)
1.(2021·山东泰安月考)对于波的折射现象,下列说法正确的是(　 　)A.当入射速度小于折射速度时,折射光线偏离法线B.当波垂直界面入射时,传播方向不改变,波速和波长都不改变C.在波的折射中,波的频率不改变,波速和波长都发生改变D.波发生折射时一定不会发生反射现象
解析:当入射速度小于折射速度时,折射光线不一定偏离法线,当入射角为零度时,折射光线与法线重合,故A错误;当波垂直界面入射时,传播方向不改变,但波速和波长都发生改变,故B错误;波的频率由波源决定,与介质无关,在波的折射中,波的频率不改变,波速和波长都改变,故C正确;波发生折射时在同一个界面也可发生反射现象,故D错误。
2.(2021·山东济宁月考)声波是一种机械波,在空气中传播速度约为340 m/s,人能听到的声波频率在20 Hz到20 000 Hz之间,对于波长为34 m的声波,下列说法正确的是(　 　)A.在水中它比波长为20 m的声波传播得更快一些B.不能产生衍射现象C.它不能被人听到D.不能产生反射现象
解析:波速由介质决定,在同一介质中波速相同,故A错误;声波具有波的特性,能发生波的反射、衍射和折射,故B、D错误;根据v=fλ代入数据解得f=10 Hz,所以该波为次声波,人不能听见,故C正确。