2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理選擇性必修1 第3章機(jī)械波第3節(jié)波的反射折射和衍射課件

3波的反射、折射和衍射第三章1.波的反射波的反射與光的反射遵循同樣的規(guī)律.如圖所示,當(dāng)波傳播到兩種介質(zhì)的交界處發(fā)生反射時(shí),反射線(xiàn)、法線(xiàn)、入射線(xiàn)在同一平面內(nèi),反射線(xiàn)與入射線(xiàn)分居法線(xiàn)兩側(cè),反射角等于入射角.反射波的波長(zhǎng)、頻率和波速都與入射波相同.2.波的折射一切波都會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象.3.波的衍射(1)定義:波可以繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播,這種現(xiàn)象叫作波的衍射.(2)波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件:只有縫、孔的寬度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),才能觀(guān)察到明顯的衍射現(xiàn)象.(3)一切波都能發(fā)生衍射.衍射是波特有的現(xiàn)象.1.正誤判斷(1)反射波的頻率、波速與入射波相同.(

)答案

√(2)折射波的頻率、波速與入射波相同.(

)答案

×(3)夏日的雷聲有時(shí)轟鳴不絕,原因是聲波在云層里多次反射.(

)答案

√(4)聞其聲而不見(jiàn)其人,說(shuō)明聲波能發(fā)生衍射現(xiàn)象.(

)答案

√(5)孔的尺寸比波長(zhǎng)大得多時(shí)就不會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象.(

)答案

×2.(多選)下列說(shuō)法正確的是(

)A.波發(fā)生反射時(shí)波的頻率不變,波速變小,波長(zhǎng)變短B.波發(fā)生反射時(shí)頻率、波長(zhǎng)、波速均不變C.波發(fā)生折射時(shí)的頻率不變,但波長(zhǎng)、波速發(fā)生變化D.波發(fā)生折射時(shí)波的頻率、波長(zhǎng)、波速均發(fā)生變化解析

波發(fā)生反射時(shí)因介質(zhì)未變,故頻率、波長(zhǎng)、波速均不變;波發(fā)生折射時(shí)因波源不變而介質(zhì)變,故頻率不變,波長(zhǎng)和波速均發(fā)生變化.B、C兩項(xiàng)正確.答案

BC3.(多選)一列波在傳播過(guò)程中通過(guò)一個(gè)障礙物,發(fā)生了一定程度的衍射,以下哪種情況可以使衍射現(xiàn)象更明顯(

)A.增大障礙物的尺寸 B.減小波的頻率C.縮小障礙物的尺寸 D.增大波的頻率解析

波在介質(zhì)中傳播時(shí)波速是由介質(zhì)決定的,與波的頻率無(wú)關(guān),所以改變波的頻率不會(huì)改變波速,但由v=λf可知,當(dāng)波速一定時(shí),減小頻率則波長(zhǎng)增大.而發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔、縫的尺寸比波長(zhǎng)小或相差不多,要使衍射現(xiàn)象變得明顯,可以通過(guò)縮小障礙物的尺寸,或增大波長(zhǎng)即減小波的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn),B、C選項(xiàng)正確.答案

BC問(wèn)題一波的反射及其應(yīng)用如圖所示,在水槽中,點(diǎn)波源所發(fā)出的圓形水波遇直線(xiàn)界面反射后的波形仍為同心圓形.請(qǐng)舉例說(shuō)明生活中波的反射現(xiàn)象.要點(diǎn)提示

回聲是聲波的反射現(xiàn)象,對(duì)著山崖或高墻說(shuō)話(huà),聲波傳到山崖或高墻時(shí),會(huì)被反射回來(lái)繼續(xù)傳播.1.波的反射波遇到障礙物會(huì)返回原介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象.反射波的波長(zhǎng)、頻率和波速都跟入射波相同.2.回聲測(cè)距(1)當(dāng)聲源不動(dòng)時(shí),聲波遇到了靜止障礙物會(huì)返回來(lái)繼續(xù)傳播,由于反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播速度相同,因此,入射波和反射波在傳播距離一樣的情況下,用的時(shí)間相等,設(shè)經(jīng)過(guò)時(shí)間t聽(tīng)到回聲,則聲源距障礙物的距離為s=.(2)當(dāng)聲源以速度v向靜止的障礙物運(yùn)動(dòng)或障礙物以速度v向靜止的聲源運(yùn)動(dòng)時(shí),聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的距離為s=(v聲+v).(3)當(dāng)聲源以速度v遠(yuǎn)離靜止的障礙物或障礙物以速度v遠(yuǎn)離靜止的聲源時(shí),聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的距離s=(v聲-v).3.超聲波定位蝙蝠、海豚能發(fā)出超聲波,超聲波遇到障礙物或捕食目標(biāo)時(shí)會(huì)被反射回來(lái).蝙蝠、海豚就是根據(jù)接收到反射回來(lái)的超聲波來(lái)確定障礙物或食物的位置,從而確定飛行或游動(dòng)方向.要點(diǎn)筆記

波在同一種均勻介質(zhì)中傳播時(shí)波速不變.例題1有一輛汽車(chē)以15m/s的速度勻速行駛,在其正前方有一陡峭山崖,汽車(chē)?guó)Q笛2s后司機(jī)聽(tīng)到回聲,此時(shí)汽車(chē)距山崖的距離有多遠(yuǎn)?(v聲=340m/s)解析

汽車(chē)勻速行駛,速度為v車(chē)=15

m/s,聲音在空氣中傳播速度不變.汽車(chē)從發(fā)出笛聲到接收到笛聲,二者運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同.如圖所示.設(shè)汽車(chē)在A(yíng)點(diǎn)發(fā)出笛聲,A點(diǎn)到山崖B的距離為x1,汽車(chē)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)接收到笛聲,設(shè)AC距離為x2,CB距離為x,因二者運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同,則有x1=x2+x①x1+x=v聲t=340

m/s·t②x2=v車(chē)t=15

m/s·t③聯(lián)立①②③得x=325

m.答案

325m規(guī)律方法

聲波反射的應(yīng)用技巧(1)利用反射定律解決實(shí)際問(wèn)題,主要是利用聲波的直線(xiàn)傳播及其反射特點(diǎn),考查勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用.(2)利用聲波的反射測(cè)量距離、速度是此類(lèi)問(wèn)題的重

點(diǎn),應(yīng)利用聲波的直線(xiàn)傳播和反射定律作出聲波傳播的示意圖,再結(jié)合幾何關(guān)系求解.變式訓(xùn)練1甲、乙兩人平行站在一堵墻前面,二人相距2a,距離墻均為

a,當(dāng)甲開(kāi)了一槍后,乙在時(shí)間t后聽(tīng)到第一聲槍響,則乙聽(tīng)到第二聲槍響的時(shí)間為(

)A.聽(tīng)不到 B.甲開(kāi)槍3t后C.甲開(kāi)槍2t后 D.甲開(kāi)槍

后解析

乙聽(tīng)到第一聲槍響必然是甲放槍的聲音直接傳到乙的耳中,故t=.甲、乙二人及墻的位置如圖所示,乙聽(tīng)到第二聲槍響必然是墻反射的槍聲,由反射定律可知,波線(xiàn)如圖中AC和CB所示,由幾何關(guān)系可得AC=CB=2a,故第二聲槍響傳到乙的耳中的時(shí)間t'==2t.答案

C問(wèn)題二波的反射、折射現(xiàn)象中各量的變化波由介質(zhì)Ⅰ進(jìn)入介質(zhì)Ⅱ時(shí)頻率變化嗎?波長(zhǎng)變化嗎?要點(diǎn)提示

頻率不變;波長(zhǎng)變化.比較項(xiàng)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(1)頻率f由波源決定.無(wú)論是反射波還是折射波都與入射波的頻率相等,即波源的振動(dòng)頻率相同.(2)波速v由介質(zhì)決定.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相同、波速相同,故波長(zhǎng)相同,折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播,頻率相同,波速不同,故波長(zhǎng)不同.例題2一列聲波在空氣中的波長(zhǎng)為0.25m.當(dāng)該聲波傳入某種介質(zhì)中時(shí),波長(zhǎng)變?yōu)?.8m,若空氣中的聲速是340m/s.求:(1)該聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)的頻率;(2)該聲波在介質(zhì)中傳播的速度大小.解析

(1)聲波在空氣中傳播時(shí),由v=λf得由于聲波在不同介質(zhì)中傳播時(shí),頻率不變,所以聲波在該介質(zhì)中傳播時(shí),頻率仍為1

360

Hz.(2)由v=λf得v2=λ2f=0.8×1

360

m/s=1

088

m/s.答案

(1)1360Hz

(2)1088m/s要點(diǎn)筆記

波在傳播過(guò)程中頻率不變,在不同介質(zhì)中傳播時(shí)速度不同.變式訓(xùn)練2下列說(shuō)法正確的是(

)A.入射波的波長(zhǎng)和反射波的波長(zhǎng)相等B.入射波的波長(zhǎng)大于折射波的波長(zhǎng)C.入射波的波長(zhǎng)小于折射波的波長(zhǎng)D.入射角與折射角之比等于兩波速之比解析

同一波在同一介質(zhì)中波長(zhǎng)、波速是一定的,故選項(xiàng)A正確;介質(zhì)不確定時(shí),入射波和折射波的波長(zhǎng)大小關(guān)系無(wú)法確定,選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤;入射角的正弦與折射角的正弦之比才等于兩介質(zhì)中的波速之比,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.答案

A問(wèn)題三對(duì)波的衍射現(xiàn)象的理解向平靜的水面投一塊小石子,水面會(huì)形成一圈圈美麗的波紋.這些波紋遇到露出水面的較小的石塊會(huì)產(chǎn)生怎樣的現(xiàn)象呢?要點(diǎn)提示

水波會(huì)繞過(guò)石塊繼續(xù)向前傳播.1.發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件(1)水波遇到障礙物的情況當(dāng)障礙物較小時(shí)發(fā)現(xiàn)波繞過(guò)障礙物繼續(xù)前進(jìn),如同障礙物不存在一樣.如圖甲所示.(2)水波遇到小孔的情況當(dāng)孔較小時(shí)發(fā)現(xiàn)孔后的整個(gè)區(qū)域里傳播著以孔為中心的圓形波.如圖乙所示.(3)產(chǎn)生明顯衍射的條件產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象,必須具備一定的條件:障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小,或者跟波長(zhǎng)相差不多.要點(diǎn)筆記

障礙物或孔的尺寸大小并不是決定衍射能否發(fā)生的條件,僅是衍射現(xiàn)象是否明顯的條件,一般情況下,波長(zhǎng)較大的波容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象.2.波的衍射現(xiàn)象分析波傳到小孔時(shí),小孔仿佛是一個(gè)新的波源,由它發(fā)出與原來(lái)同頻率的波在孔后傳播,于是就出現(xiàn)了偏離直線(xiàn)傳播的衍射現(xiàn)象.波的直線(xiàn)傳播是衍射現(xiàn)象不明顯時(shí)的近似情形.例題3(多選)觀(guān)察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,AC和BD是兩塊擋板,AB是一個(gè)孔,O是波源,圖中已畫(huà)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(xiàn))之間距離表示一個(gè)波長(zhǎng),則波經(jīng)過(guò)孔之后的傳播情況,下列描述正確的是(

)A.此時(shí)能明顯觀(guān)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(guān)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(guān)察到衍射現(xiàn)象解析

從題圖中可看出孔AB的尺寸小于一個(gè)波長(zhǎng),所以此時(shí)能明顯地觀(guān)察到波的衍射現(xiàn)象,選項(xiàng)A正確;因?yàn)榇┻^(guò)擋板小孔后的波速不變,頻率相同,所以波長(zhǎng)也相同,選項(xiàng)B正確;若將孔AB擴(kuò)大,將可能不滿(mǎn)足發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件,就有可能觀(guān)察不到明顯的衍射現(xiàn)象,選項(xiàng)C正確;若將波源頻率增大,由于波速不變,所以波長(zhǎng)變小,將可能不滿(mǎn)足發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件,就有可能觀(guān)察不到明顯的衍射現(xiàn)象,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.答案

ABC要點(diǎn)筆記

障礙物或孔的尺寸大小并不是決定衍射能否發(fā)生的條件,而是衍射現(xiàn)象能否明顯表現(xiàn)的條件.變式訓(xùn)練3如圖所示,正中O是水面上一波源,實(shí)、虛線(xiàn)分別表示該時(shí)刻相鄰的波峰、波谷,A是擋板,B是小孔,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間,水面上的波形將分布于(

)A.整個(gè)區(qū)域

B.陰影Ⅰ以外區(qū)域C.陰影Ⅱ以外區(qū)域

D.陰影Ⅲ以外區(qū)域解析

由題圖中可直觀(guān)看出,半波長(zhǎng)為實(shí)虛兩圓半徑之差,且可看出擋板A的尺寸比波長(zhǎng)大得多,而小孔B與波長(zhǎng)長(zhǎng)度差不多.據(jù)波發(fā)生明顯衍射的條件知,該波在擋板A處的衍射現(xiàn)象很不明顯,即可認(rèn)為波沿直線(xiàn)傳播,故Ⅰ區(qū)內(nèi)水面無(wú)波形,故選項(xiàng)A、C、D不正確;該波的波長(zhǎng)與小孔B差不多,能夠發(fā)生明顯的衍射,故在陰影區(qū)Ⅱ、Ⅲ之內(nèi)明顯存在衍射波的波形,故選項(xiàng)B正確.答案

B

當(dāng)堂檢測(cè)1.以下關(guān)于波的衍射的說(shuō)法正確的是(

)A.波遇到障礙物時(shí),一定會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象B.當(dāng)障礙物的尺寸比波長(zhǎng)大得多時(shí),衍射現(xiàn)象很明顯C.當(dāng)孔的大小比波長(zhǎng)小時(shí),衍射現(xiàn)象很明顯D.只有當(dāng)障礙物的尺寸與波長(zhǎng)相差不多時(shí),才會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象解析

凡是波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象,不過(guò)有時(shí)衍射現(xiàn)象明顯,有時(shí)衍射現(xiàn)象不明顯.只有當(dāng)縫、孔或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多或比波長(zhǎng)更小時(shí),才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象.答案

C2.對(duì)于波長(zhǎng)為100m的聲波,下列說(shuō)法正確的是(

)A.在同一介質(zhì)中,比波長(zhǎng)為20m的聲波傳播快B.在空氣中的頻率比在水中大C.聲波能發(fā)生折射,但折射后頻率發(fā)生變化D.聲波能發(fā)生反射,反射后波速不變解析

機(jī)械波的傳播速度由介質(zhì)決定,波的頻率由波源決定,與介質(zhì)無(wú)關(guān),所以折射后,波進(jìn)入另一種介質(zhì),傳播速度發(fā)生變化,反射后回到原來(lái)的介質(zhì),傳播速度不變,故選項(xiàng)D正確.答案

D3.如圖所示,1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線(xiàn),則(

)A.2與1的波長(zhǎng)、頻率相等,波速不等B.2與1的波速、頻率相等,波長(zhǎng)不等C.3與1的波速、頻率、波長(zhǎng)均相等D.3與1的頻率相等,波速、波長(zhǎng)均不等解析

反射波的波長(zhǎng)、頻率、波速與入射波都應(yīng)該相等,故選項(xiàng)A、B錯(cuò).折射波的波長(zhǎng)、波速與入射波都不等,但頻率相等,故選項(xiàng)C錯(cuò),選項(xiàng)D正