3.3波的反射、折射和衍射(課件)-人教版高中物理必修一

第三章機(jī)械波3.3波的反射、折射和衍射人教版（2019）高中物理選擇性必修第一冊(cè)CONTENTS01

波

的

反

射02波

的

折

射03波

的

衍

射04目錄典型例題典型例題01

波

的

反

射機(jī)

械

波北京天壇回音壁【生活化引入】海市蜃樓【生活化引入】我們知道，聲音在傳播過(guò)程中，遇到障礙物時(shí)會(huì)發(fā)生反射。對(duì)著遠(yuǎn)處的峭壁大喊一聲會(huì)聽(tīng)到回聲，就是聲波在峭壁上反射的結(jié)果。生活中，你是否注意過(guò)水波的反射？波的反射應(yīng)該遵從什么規(guī)律？課堂引入一、波的反射反射線與法線的夾角

叫做反射角。入射角

：入射線與法線的夾角

叫做入射角。反射角

：法線分界面反射定律：（1）入射線、法線、反射線在同一平面內(nèi)，入射線與反射線分居法線兩

側(cè)，反射角等于入射角。（2）反射波的波長(zhǎng)、頻率、波速都跟入射波相同．（3）波遇到兩種介質(zhì)界面時(shí)，總存在反射．

定

義：當(dāng)波傳播到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分

返回來(lái)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。一、波的反射2．回聲是聲波的反射現(xiàn)象．

對(duì)著山崖或高墻說(shuō)話，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．夏日的雷聲轟鳴不絕．聲波在云層界面多次反射．3．在空房間里講話感覺(jué)聲音響．聲波在普通房間里遇到墻壁，地面，天花板發(fā)生反射時(shí)，由于距離近，原聲與回聲幾乎同時(shí)到達(dá)人耳．人耳只能分開(kāi)相差0.1s以上的聲音．所以，在房間里聽(tīng)不到回聲，人在房間里講話感覺(jué)聲音比在野外大，而普通房間里的慢帳、地毯、衣物等會(huì)吸收聲波，會(huì)影響室內(nèi)的聲響效果．思考1：如圖所示，一場(chǎng)大雪過(guò)后，人們會(huì)感到外面萬(wàn)籟俱靜．這是怎么回事？難道是人的活動(dòng)減少了嗎？提示：剛下過(guò)的雪是新鮮蓬松的，它的表面層有許多小氣孔．當(dāng)外界的聲波傳入這些小氣孔時(shí)便要發(fā)生反射．由于氣孔往往是內(nèi)部大而口徑?。?，僅有少部分波的能量能通過(guò)口徑反射回來(lái)，而大部分的能量則被吸收掉了．所以不是人的活動(dòng)減少了。02

波

的

折

射機(jī)

械

波定義：波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，波的傳播方向發(fā)生了改變的現(xiàn)象叫做波的折射。二、波的折射界面介質(zhì)I介質(zhì)II折射角r：

折射波的波線與兩介質(zhì)界面法線的夾角r叫做折射角。法線1.當(dāng)入射速度大于折射速度時(shí)，折射角折向法線。2.當(dāng)入射速度小于折射速度時(shí)，折射角折離法線。3.當(dāng)垂直界面入射時(shí)，傳播方向不改變，屬折射中的特例。4.在波的折射中，波的頻率不改變，波速和波長(zhǎng)都發(fā)生改變。波發(fā)生折射的原因：是波在不同介質(zhì)中的速度不同折射定律：

入射線、法線、折射線在同一平面內(nèi)，入射線與折射線分居法線兩側(cè)．入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一種介質(zhì)中的速度跟波在第二種介質(zhì)中的速度之比。波現(xiàn)象波的反射波的折射

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不變改變波的反射、折射現(xiàn)象中各物理量的變化例1：

圖中1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線，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)均不等解析波發(fā)生反射時(shí)，在同一種介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)，因此波長(zhǎng)、波速和頻率不變，A、B錯(cuò)誤；波發(fā)生折射時(shí)，頻率不變，波速變，波長(zhǎng)變，故C錯(cuò)誤，D正確。答案D思考2：如圖所示，駱駝隊(duì)白天在沙漠中行走時(shí)，隊(duì)伍后面的喊聲，隊(duì)伍前面往往聽(tīng)不到，而夜晚就不同，聽(tīng)的比較清楚，這是什么原因？提示：白天近地面的氣溫較高，聲速較大，聲速隨離地面高度的增加而減小導(dǎo)致聲音傳播方向向上彎曲；夜晚地面溫度較低，聲速隨離地面高度的增加而增加，聲波的傳播方向向下彎曲，這也是在夜晚聲波傳播得比較遠(yuǎn)的原因．03

波

的

衍

射機(jī)

械

波【看圖，猜一個(gè)成語(yǔ)】“隔墻有耳”這一成語(yǔ)中蘊(yùn)含著物理學(xué)中“波的衍射”這一原理障礙物衍——延展之意波的衍射——波延展到“影子”區(qū)域里的現(xiàn)象。陰影區(qū)陰影區(qū)陰影區(qū)陰影區(qū)波源1.定義：波繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫做波的衍射。三、波的衍射

對(duì)比兩幅水波通過(guò)孔縫衍射照片，總結(jié)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件:衍射現(xiàn)象明顯波繞過(guò)障礙物區(qū)域多波繞過(guò)障礙物區(qū)域少衍射現(xiàn)象不明顯λλd??λ?dd問(wèn)題探究水波槽實(shí)驗(yàn)：發(fā)波水槽毛玻璃屏幕反射鏡電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)起波器研究λd

？明顯衍射水波槽實(shí)驗(yàn)：波長(zhǎng)λ一定的水波通過(guò)寬度d不同的狹縫后的衍射圖樣d>λd<λd≈λ明顯明顯不明顯λλλddd在狹縫寬度d一定，不同波長(zhǎng)的水波的衍射λ1=

0.3dλ2=

0.5dλ3=

0.7d明顯2、發(fā)生明顯衍射的條件實(shí)驗(yàn)表明：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)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。1、比波長(zhǎng)大能發(fā)生明顯衍射嗎？

2、能說(shuō)成是發(fā)生衍射現(xiàn)象的條件嗎？思考：注意：1、衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。2、衍射現(xiàn)象總是存在的，只有明顯與不明顯的差異。3、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，僅是發(fā)生明顯衍射的條件4、一般情況下，波長(zhǎng)較大的波容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象。

思考3：操場(chǎng)上的喇叭正在播放音樂(lè)，有高音也有低音。走到離操場(chǎng)不遠(yuǎn)的教學(xué)大樓后面，聽(tīng)到喇叭播放的音樂(lè)聲有所減弱。是高音還是低音減弱得明顯一些？為什么？

例2：下列現(xiàn)象不屬于波的明顯衍射現(xiàn)象的是（）

A．“隔墻有耳”

B．“空山不見(jiàn)人，但聞人語(yǔ)聲”

C．河中蘆葦后面沒(méi)有留下無(wú)波的區(qū)域

D．池中假山前有水波，假山后無(wú)水波D

例3：如圖所示是不同頻率的水波通過(guò)相同的小孔所能到達(dá)區(qū)域的示意圖，______情況中水波的頻率最大；_______情況中水波的頻率最小。BACCAA.此時(shí)能明顯觀察到波的衍射現(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，能觀察到的更明顯衍射現(xiàn)象例4：(多選)如圖所示是觀察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置，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)之間的距離表示一個(gè)波長(zhǎng)，則對(duì)于波經(jīng)過(guò)孔之后的傳播情況，下列描述正確的是(

)

ABC04

典

型

例

題機(jī)

械

波1．聲波是一種機(jī)械波，在空氣中傳播速度約為340m/s，人能聽(tīng)到的聲波頻率在20Hz到20000Hz之間，對(duì)于波長(zhǎng)為34m的聲波，下列說(shuō)法正確的是（）A．在水中它比波長(zhǎng)為20m的聲波傳播得更快一些B．不能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象C．它不能被人聽(tīng)到D．不能產(chǎn)生反射現(xiàn)象C

隨堂練習(xí)2、如圖所示，S為波源，MN為兩塊擋板，其中M固定，N板可上下移動(dòng)，兩板中間有一塊縫，此時(shí)測(cè)得A點(diǎn)沒(méi)有發(fā)生振動(dòng)，為了使A點(diǎn)能振動(dòng)起來(lái)，可采取的方法是（

）

A、增大波源的頻率

B、減小波源的頻率

C、將N板上移一些

D、將N板下移一些BC3．如圖所示，在水槽中放兩塊擋板，擋板中間留一個(gè)狹縫，觀察水波經(jīng)過(guò)狹縫后的傳播情況。已知水波的波長(zhǎng)不變，但狹縫的寬度不同，甲圖狹縫較寬，乙圖狹縫較窄。下列說(shuō)法正確的是（）A．機(jī)械波經(jīng)過(guò)狹縫后均沿直線傳播B．甲圖狹縫寬度比波長(zhǎng)大得較多，衍射現(xiàn)象比較明顯C．乙圖狹縫寬度跟波長(zhǎng)相差不大，衍射現(xiàn)象比較明顯D．甲、乙兩圖中波的衍射現(xiàn)象均不明顯C4.

如圖所示，正中心O點(diǎn)是水面上一波源，實(shí)、虛線分別表示該時(shí)刻的波峰、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以外的區(qū)域 C.陰影Ⅱ以外的區(qū)域 D.陰影Ⅲ以外的區(qū)域解析由題圖中可直觀看出，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的大小與波長(zhǎng)長(zhǎng)度差不多。根據(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)為波沿直線傳播，故Ⅰ區(qū)內(nèi)水面無(wú)波形，故選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤；該波的波長(zhǎng)與小孔B的大小差不多，能夠發(fā)生明顯的衍射，故在陰影區(qū)Ⅲ、Ⅱ之內(nèi)明顯存在衍射波的波形，故選項(xiàng)B正確。B5．一列簡(jiǎn)諧橫波在t=0.6s時(shí)的波形圖如圖甲所示，此時(shí)P、Q兩質(zhì)點(diǎn)的位移相等，波上x(chóng)=15m處的質(zhì)點(diǎn)A的振動(dòng)圖象如圖乙所示，則以下說(shuō)法正確的是（）A．這列波沿x軸正方向傳播B．這列波的波速為0.06m/sC．從t=0.6s時(shí)刻開(kāi)始，質(zhì)點(diǎn)P比質(zhì)點(diǎn)Q早回到平衡位置D．若該波在傳播過(guò)程中遇到一個(gè)尺寸為15m的障礙物，這列波不能發(fā)生明顯衍射