新教材物理選擇性必修第一冊學(xué)案3.3波的反射折射和衍射

3．波的反射、折射和衍射目標(biāo)體系構(gòu)建明確目標(biāo)·梳理脈絡(luò)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．知道什么是波的反射和折射。2．知道波的衍射及發(fā)生明顯衍射的條件。3．掌握波的反射規(guī)律并能進(jìn)行簡單的應(yīng)用。4．理解波的折射定律?！舅季S脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋教材梳理·落實(shí)新知知識點(diǎn)1波的反射和折射1．波的反射(1)波的反射波遇到障礙物會__返回來__繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，叫作波的反射。(2)反射定律入射波線、法線、反射波線在__同一平面__內(nèi)，且入射角__等于__反射角。如圖所示。2．波的折射波從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時，傳播方向發(fā)生__改變__的現(xiàn)象，叫作波的折射。如圖所示。知識點(diǎn)2波的衍射1．定義波可以繞過__障礙物__繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。2．實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象(1)實(shí)驗(yàn)裝置：在水槽里放兩塊擋板，中間留一個__狹縫__。(2)現(xiàn)象：①狹縫寬度比波長大得多時：波的傳播如同光沿__直線__傳播一樣，擋板后面產(chǎn)生“__陰影區(qū)__”。②狹縫寬度與波長相差不多或狹縫寬度比波長更小時：水波__繞到__擋板后面繼續(xù)傳播。3．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__相差不多__，或者比波長__更小__時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。思考辨析『判一判』(1)水波的反射與初中學(xué)過的光的反射遵循同樣的規(guī)律。(√)(2)一切波都會發(fā)生折射現(xiàn)象。(√)(3)波在發(fā)生折射后，其頻率和波速都不發(fā)生變化。(×)(4)當(dāng)縫或孔的尺寸比波長大得多時，就不會發(fā)生衍射現(xiàn)象。(×)(5)不只是水波，聲波也發(fā)生衍射。(√)『選一選』在室內(nèi)講話的聲音比在室外空曠處講話的聲音要洪亮，是因?yàn)?B)A．室內(nèi)空氣不流動B．室內(nèi)聲音多次反射C．室內(nèi)聲音發(fā)生折射D．室內(nèi)物體會吸附聲音解析：在室內(nèi)聽到的聲音洪亮是因?yàn)槁暡ㄔ谑覂?nèi)墻壁上經(jīng)過多次反射而得到加強(qiáng)。『想一想』如圖所示，日常生活中“聞其聲不見其人”的物理現(xiàn)象的原因是什么？答案：聲波在空氣中的波長較長，可以跟一般障礙物的尺寸相比擬，很容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，繞過障礙物傳入人耳。而光波由于波長很短，障礙物或孔的尺寸遠(yuǎn)大于光的波長，不能繞過障礙物發(fā)生衍射，所以只能聽到聲音而看不到說話的人。課內(nèi)互動探究細(xì)研深究·破疑解難探究波的反射和折射┃┃情境導(dǎo)入__■我們在山中、在大的空房間里大聲說話時，都會聽到回聲，這屬于波的什么現(xiàn)象？提示：波的反射┃┃要點(diǎn)提煉__■1．波的反射和折射的比較波向前傳播在兩介質(zhì)的界面上同時發(fā)生了反射和折射現(xiàn)象，一些物理量相應(yīng)發(fā)生了變化，比較如下：波現(xiàn)象比較項(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λ不變改變2．圖形示例3．說明(1)頻率f由波源決定，故無論是反射波還是折射波都與入射波的頻率，即與波源的振動頻率相同。(2)波速v由介質(zhì)決定，因反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播，故波速不變；而折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，所以波速變化。(3)據(jù)v＝λf知，波長λ與v及f有關(guān)，即與介質(zhì)及波源有關(guān)，反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播，頻率相同，故波長相同。折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，f相同，v不同，故λ不同。┃┃典例剖析__■典例1關(guān)于波的反射、折射現(xiàn)象，下列說法正確的是(A)A．一切波都能發(fā)生反射、折射現(xiàn)象B．發(fā)生折射時，波的傳播方向一定會發(fā)生改變C．不是所有的波都能發(fā)生反射D．波發(fā)生折射時，波長、頻率和波速都會發(fā)生變化解析：當(dāng)波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時，一切波都能發(fā)生反射折射，故A正確，C錯誤。波傳播方向跟兩種介質(zhì)界面垂直時，傳播方向不變，故B錯誤。波從一種介質(zhì)傳播進(jìn)入另一種介質(zhì)時，頻率不變，波速發(fā)生變化，而波長λ＝eq\f(v,f)，隨著波速變化而變化，故D錯誤。┃┃對點(diǎn)訓(xùn)練__■1．(多選)圖中1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線，則下列說法中正確的是(BD)A．1與2的波長、頻率相等，但波速不等B．1與2的波速、頻率、波長均相等C．2與3的波速、頻率、波長均相等D．2與3的頻率相等，波速、波長均不等解析：波1、2都在介質(zhì)a中傳播，故1、2的頻率、波速、波長均相等，A錯，B對；2、3是在兩種不同介質(zhì)中傳播，波速不同，但波源沒變，因而頻率相等，由v＝λf得波長不同，故C錯，D對。探究對波的衍射現(xiàn)象的理解┃┃情境導(dǎo)入__■我們在家中經(jīng)常聽到優(yōu)美的聲樂從窗外飄來(如圖)，聲音為什么沒被障礙物所擋??？提示：這是聲波的衍射現(xiàn)象。聲波在傳播過程中遇到障礙物時，可以繞過障礙物繼續(xù)傳播。┃┃要點(diǎn)提煉__■1．生活中常見的波的衍射現(xiàn)象(1)聲波：聲波的波長在1.7cm～17m之間，(2)水波：水面上傳播的波能夠越過水面上的蘆葦、小石塊等障礙物，都是典型的水波的衍射現(xiàn)象。(3)無線電波：在房間中可以接收到收音機(jī)和電視信號，是電磁波的衍射現(xiàn)象。2．對明顯衍射發(fā)生條件的理解(1)波的衍射是波在傳播過程中所具有的特征之一，衍射是否明顯，通常的衡量就是孔或縫的寬度d與波長λ的比值，比值越小，衍射現(xiàn)象相對越明顯。(2)孔、縫的寬度或障礙物的尺寸與波長的關(guān)系僅是衍射能否明顯發(fā)生的條件，波的衍射沒有條件。(3)明顯衍射發(fā)生時，并不一定能清楚地感受到，如當(dāng)孔遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水波波長時，衍射應(yīng)當(dāng)非常明顯，但因孔很小，單位時間內(nèi)通過的能量很小，又分布到很大的區(qū)域上，水波非常弱，將看不清楚。特別提醒(1)衍射是波所特有的現(xiàn)象，一切波都會產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，只有明顯和不明顯的差異。(2)凡能發(fā)生衍射現(xiàn)象的就是波。┃┃典例剖析__■典例2(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是一個小孔，O是波源，圖中已畫出波源所在區(qū)域的傳播情況，每兩條相鄰的波紋(圖中曲線)之間距離表示一個波長，則對于波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列描述正確的是(ABC)A．此時能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象B．如果將孔AB擴(kuò)大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象C．擋板前后波紋之間距離相等D．如果孔的大小不變，使波源頻率增大，一定能明顯觀察到衍射現(xiàn)象思路引導(dǎo)：波能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是：縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多或者比波長更小。在同種均勻介質(zhì)中，波速一定，當(dāng)改變波的頻率時，也改變了波長的大小。解析：由圖可看出孔的尺寸跟波長差不多，所以能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象，A、C對；如將孔擴(kuò)大到跟波長相差很多，則觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象，B對；若增大波源頻率，則波長減小，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象，D錯。┃┃對點(diǎn)訓(xùn)練__■2．下列現(xiàn)象或事實(shí)屬于衍射現(xiàn)象的是(C)A．風(fēng)從窗戶吹進(jìn)來B．雪堆積在背風(fēng)的屋后C．水波前進(jìn)方向上遇到凸出在水面上的小石塊，小石塊對波的傳播沒有影響D．晚上看到水中月亮的倒影解析：波在傳播過程中偏離直線傳播繞過障礙物的現(xiàn)象稱為波的衍射。C與衍射現(xiàn)象相符。核心素養(yǎng)提升以題說法·啟智培優(yōu)波的反射現(xiàn)象的應(yīng)用1．回聲測距：(1)當(dāng)聲源不動時，聲波遇到了靜止障礙物會被反射回來繼續(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，用的時間相等。設(shè)經(jīng)過時間t聽到回聲，則聲源距障礙物的距離為s＝v聲eq\s\do6(\f(t,2))。(2)當(dāng)聲源以速度v向靜止的障礙物運(yùn)動或障礙物經(jīng)速度v向靜止的聲源運(yùn)動時，聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為s＝(v聲＋v)eq\s\do6(\f(t,2))。(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，聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為s＝(v聲－v)eq\s\do6(\f(t,2))。2．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)時會被反射回來。蝙蝠、海豚就是根據(jù)接收到的反射回來的超聲波來確定障礙物或食物的位置，從而確定飛行或游動方向。案例如圖所示，有一輛汽車以15m/s的速度勻速行駛，在其正前方有一陡峭山崖，汽車鳴笛2s后司機(jī)聽到回聲，此時汽車距山崖的距離多遠(yuǎn)？(v聲＝340m/思路引導(dǎo)：利用反射測距是一種常用的方法，此題注意汽車是運(yùn)動的，應(yīng)畫出運(yùn)動示意圖，幫助分析解題。