【高中物理】波的反射、折射和衍射 高二物理同步備課系列（人教版2019選擇性必修第一冊）

第3節(jié)

波的反射、折射和衍射目錄03波的衍射0102波的折射波的反射課堂引入對著遠(yuǎn)處的峭壁大喊一聲會聽到回聲，這是什么原因？聲波的反射你是否注意過水波的反射？水波的反射波的反射應(yīng)該遵從什么規(guī)律？第一部分：波的反射（一）波的反射概念當(dāng)波傳播到兩種介質(zhì)的分界面時，一部分返回來繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。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

：2.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、頻率、波速都跟入射波相同．（3）波遇到兩種介質(zhì)界面時，總存在反射．1.定義：法線分界面（二）生活中波的反射現(xiàn)象夏日的雷聲轟鳴不絕，聲波在云層界面多次反射。（二）生活中波的反射現(xiàn)象人耳只能分開相差0.1s以上的聲音,在房間里聽不到回聲.（二）生活中波的反射現(xiàn)象如圖所示，一場大雪過后，人們會感到外面萬籟俱寂．這是怎么回事？難道是人的活動減少了嗎？【分析】剛下過的雪是新鮮蓬松的，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便要發(fā)生反射．由于氣孔往往是內(nèi)部大而口?。?，僅有少部分波的能量能通過口徑反射回來，而大部分的能量則被吸收掉了．所以不是人的活動減少了。（二）生活中波的反射現(xiàn)象回聲測距的原理是什么？(1)當(dāng)聲源不動時,聲波遇到了靜止障礙物會返回來繼續(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

。(2)當(dāng)聲源以速度v向靜止的障礙物運動或障礙物以速度v向靜止的聲源運動時,聲源發(fā)聲時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,聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離s=(v聲-v)。第二部分：波的折射（一）思考與討論魚叉是直的，我們看到視頻里的魚叉插進(jìn)水中是彎的,正如我們看到的水中的鉛筆，這就是光的折射現(xiàn)象。機械波會發(fā)生折射嗎？（二）波的折射1.定義：波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，波的傳播方向發(fā)生了改變的現(xiàn)象叫做波的折射。2.折射定律：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。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。界面介質(zhì)I介質(zhì)II法線（二）波的折射（2）當(dāng)入射速度大于折射速度時，折射角折向法線。（3）當(dāng)入射速度小于折射速度時，折射角折離法線。（4）當(dāng)垂直界面入射時，傳播方向不改變。（1）折射的原因：是波在不同介質(zhì)中的速度不同.3.理解（5）折射時，波的頻率不變，波速和波長都發(fā)生改變。（三）生活中波的反射現(xiàn)象如圖所示，駱駝隊白天在沙漠中行走時，隊伍后面的喊聲，隊伍前面往往聽不到，而夜晚就不同，聽的比較清楚，這是什么原因？【分析】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．（四）波的反射與折射對比波的反射與折射有什么不同點？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λ不變改變第三部分：波的衍射（一）思考與討論在水塘里微風(fēng)激起的水波遇到突出水面的小石子、蘆葦?shù)葧霈F(xiàn)什么現(xiàn)象？會繞過它們繼續(xù)傳播，好像它們不存在一樣。（二）波的衍射1.定義：波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫做波的衍射。障礙物陰影區(qū)陰影區(qū)波源衍——延展之意波的衍射——波延展到“影子”區(qū)域里的現(xiàn)象。（二）波的衍射波在什么條件下能夠發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象？實驗：在水槽里放兩塊擋板，中間留一個狹縫，觀察水波通過狹縫后的傳播情況。保持水波的波長不變，改變狹縫的寬度，觀察水波的傳播情況有什么變化。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。（三）發(fā)生明顯衍射的條件發(fā)生明顯衍射的條件：（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，波長較大的波容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象。（1）衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都會產(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。鞏固提升課堂小結(jié)波的反射、折射和衍射波的反射定義：波遇障礙物返回繼續(xù)傳播叫波的反射。規(guī)律２．反射角等于入射角．波的折射定義：波從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時，傳播方向會發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫波的折射。規(guī)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)．波的衍射定義：波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象規(guī)律：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。1．入射波波線反射波波線和法線在同一平面內(nèi)．課堂檢測1.如圖所示,某列波以60°的入射角由甲介質(zhì)射到乙介質(zhì)的界面上同時產(chǎn)生反射和折射,若反射波的波線與折射波的波線的夾角為90°,此波在甲介質(zhì)中的波速為2.08×105km/s,在乙介質(zhì)中的波速為1.2×105km/s。(1)該波的折射角為多少?(2)該波在兩種介質(zhì)中的波長比為多少?答案:(1)30°解析:(1)由反射定律可得反射角為60°,由題圖的幾何關(guān)系可得折射角為r=30°。課堂檢測2.對于波長為100m的聲波,下列說法正確的是(

)A.在同一介質(zhì)中,比波長為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,但反射后波速不變答案:D解析:機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,反射后回到原來的介質(zhì),傳播速度不變,故D選項正確。課堂檢測3.

(多選)右圖是觀察水波衍射的實驗裝置。AC和BD是兩塊擋板,AB是一個孔,O是波源。圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況,每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間的距離表示一個波長,則關(guān)于波經(jīng)過孔之后的傳播情況,下列描述正確的是(

)A.此時能觀察到波明顯的衍射現(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,能觀察到更明顯的衍射現(xiàn)象答案:ABC課堂檢測解析:觀察題圖可知道孔的尺寸與波長差不多,能觀察到波明顯的衍射現(xiàn)象,故選項A對;因波的傳播速度不變,頻率不變,故波長不變,即擋板前后波紋間距離應(yīng)相等,故選項B對;若將孔AB擴大,且孔的尺寸遠(yuǎn)大于波長,則可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象,故選項C對;若f增大,由λ=,知λ變小,衍射現(xiàn)象變得不明顯了,故選項D錯。課堂檢測4.小河中有一個實心橋墩P,A為靠近橋墩浮在水面上的一片樹葉,俯視圖如圖所示,小河水面平靜?，F(xiàn)在S處以某一頻率拍打水面,使形成的水波能帶動樹葉