第3節(jié)　波的反射、折射和衍射 教學(xué)設(shè)計(jì)

第3節(jié)波的反射、折射和衍射[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．知道波傳播到兩種介質(zhì)的界面時(shí)發(fā)生反射和折射現(xiàn)象．2．知道波反射的規(guī)律．3．知道波的衍射現(xiàn)象，理解發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件．知識(shí)點(diǎn)1波的反射和折射1．波的反射：波傳播過程中遇到介質(zhì)界面會(huì)返回原介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象．2．波的反射規(guī)律：反射線、入射線和法線在同一平面內(nèi)，反射線和入射線分別位于法線兩側(cè)，反射角等于入射角．3．波的折射(1)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)生偏折的現(xiàn)象．(2)波的折射中，波的頻率不變，波速和波長(zhǎng)發(fā)生改變．[判一判]1．(1)波向前傳播在兩介質(zhì)的界面上要么發(fā)生反射，要么發(fā)生折射，二者不會(huì)同時(shí)發(fā)生．()(2)波發(fā)生反射時(shí)波的頻率不變，波速變小，波長(zhǎng)變短．()(3)波發(fā)生折射時(shí)波的頻率不變，但波長(zhǎng)、波速發(fā)生變化．()提示：(1)×(2)×(3)√[想一想]1．(1)墻壁的傳音性比空氣好得多，但把門窗關(guān)閉后，外面?zhèn)魅胧覂?nèi)的聲音卻明顯地減弱了，這是為什么？(2)人們聽不清對(duì)方說話時(shí)，除了讓一只耳朵轉(zhuǎn)向?qū)Ψ?，還習(xí)慣性地把同側(cè)的手附在耳旁，這樣做是利用什么原理？提示：(1)聲波原來在空氣中傳播，如果沒有障礙物，能直接傳到室內(nèi)，當(dāng)把門窗關(guān)閉后，聲波遇到墻壁和門窗，在界面上發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，只有折射進(jìn)入墻壁和門窗的聲波才能進(jìn)入室內(nèi)，雖然墻壁和門窗的傳音性能好但反射性能也好，所以大部分聲波被反射回去，室內(nèi)的聲音就顯著地減弱了．(2)在耳廓原有形狀、面積的基礎(chǔ)上增加一個(gè)手的面積是為了增加波的反射來提高耳朵的接收能力．知識(shí)點(diǎn)2波的衍射1．定義：波繞過障礙物或通過孔隙繼續(xù)傳播的現(xiàn)象．2．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(1)實(shí)驗(yàn)器材：在水槽里放兩塊擋板，中間留一個(gè)狹縫．(2)現(xiàn)象：在狹縫寬度比波長(zhǎng)大得多時(shí)，波的傳播如同光沿直線傳播一樣，在擋板后面產(chǎn)生“陰影區(qū)”；在狹縫寬度與波長(zhǎng)相差不多或者比波長(zhǎng)更小時(shí)，水波可以繞到擋板后面繼續(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?。?．波的衍射的普遍性一切波都能發(fā)生衍射．衍射是波特有的現(xiàn)象．[判一判]2．(1)一切波遇到障礙物都會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象．()(2)只有當(dāng)障礙物的尺寸與波長(zhǎng)差不多或比波長(zhǎng)小時(shí)，才會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象．()(3)當(dāng)小孔大小一定時(shí)，波的頻率越大，衍射現(xiàn)象越明顯．()提示：(1)√(2)×(3)×[想一想]2．日常生活中“聞其聲不見其人”的物理現(xiàn)象的原因是什么？提示：聲波在空氣中的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，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(zhǎng)很短，障礙物或孔的尺寸遠(yuǎn)大于光的波長(zhǎng)，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．1．(波的反射)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)?)A．室內(nèi)空氣不流動(dòng) 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(huì)吸附聲音解析：選B.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)．2．(波的折射)(多選)對(duì)于波的折射現(xiàn)象下列說法正確的是()A．當(dāng)入射速度小于折射速度時(shí)，折射后波長(zhǎng)變大B．當(dāng)波垂直界面入射時(shí)，傳播方向不改變，波速和波長(zhǎng)都不改變C．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D．波發(fā)生折射時(shí)一定不會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象解析：選AC.由v＝λf可知當(dāng)入射速度小于折射速度時(shí)，折射后頻率不變，波長(zhǎng)變大，A正確．當(dāng)波垂直界面入射時(shí)，盡管傳播方向不改變，但由于介質(zhì)發(fā)生改變，波速和波長(zhǎng)都改變，但周期、頻率不變，B錯(cuò)誤，C正確．波發(fā)生折射時(shí)也可以在兩種介質(zhì)界面上發(fā)生反射現(xiàn)象，D錯(cuò)誤．3．(波的衍射)下列關(guān)于波的衍射的說法正確的是()A．波要發(fā)生衍射現(xiàn)象必須滿足一定的條件B．與光波相比聲波容易發(fā)生衍射是由于聲波波長(zhǎng)較長(zhǎng)C．對(duì)同一列波，縫、孔或障礙物越大衍射現(xiàn)象越明顯D．只有橫波才能發(fā)生衍射現(xiàn)象，縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象解析：選B.衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象，A、D錯(cuò)誤；波長(zhǎng)越長(zhǎng)衍射現(xiàn)象越明顯，B正確；對(duì)同一列波，障礙物越大衍射現(xiàn)象越不明顯，C錯(cuò)誤．4．(波的衍射)在空曠的廣場(chǎng)上有一堵較高大的墻MN，墻的一側(cè)O點(diǎn)有一個(gè)正在播放男女聲合唱歌曲的聲源．某人從圖中A點(diǎn)走到墻后的B點(diǎn)，在此過程中，如果從聲波的衍射來考慮，則會(huì)聽到()A．聲音變響，男聲比女聲更響B(tài)．聲音變響，女聲比男聲更響C．聲音變?nèi)?，男聲比女聲更弱D．聲音變?nèi)酰暠饶新暩踅馕觯哼xD.由于MN很高大，故衍射現(xiàn)象比較弱，由于女聲音調(diào)更高，波長(zhǎng)更小，所以衍射更不明顯．探究一波的反射和折射的理解和應(yīng)用【問題導(dǎo)引】1．如圖所示，當(dāng)波從介質(zhì)Ⅰ傳播到兩介質(zhì)的交界面時(shí)，返回介質(zhì)Ⅰ的波和進(jìn)入介質(zhì)Ⅱ的波的頻率變化嗎？波長(zhǎng)變化嗎？2．我們?cè)谏街?、在大的空房間里大聲說話時(shí)，都會(huì)聽到回聲，這屬于波的什么現(xiàn)象？提示：1.返回介質(zhì)Ⅰ時(shí)波的頻率和波長(zhǎng)均不變，進(jìn)入介質(zhì)Ⅱ時(shí)波的頻率不變，波速變化，由v＝λf得，波長(zhǎng)變化．2．波的反射1．波的反射和折射的比較現(xiàn)象比較項(xiàng)目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2.說明(1)頻率f由波源決定．(2)波速v由介質(zhì)決定．因?yàn)檎凵洳ㄅc入射波在不同的介質(zhì)中傳播，所以波速發(fā)生變化．(3)據(jù)v＝λf知，波長(zhǎng)λ與v及f有關(guān)，即與介質(zhì)和波源有關(guān)．【例1】一列聲波在空氣中的波長(zhǎng)為0.2m，當(dāng)該聲波從空氣中以某一角度傳入介質(zhì)Ⅱ中時(shí)，波長(zhǎng)變?yōu)?.6m，如圖所示，若空氣中的聲速是340m/s.(1)求該聲波在介質(zhì)Ⅱ中傳播時(shí)的頻率；(2)求該聲波在介質(zhì)Ⅱ中傳播的速度；(3)若聲波垂直進(jìn)入介質(zhì)Ⅱ，經(jīng)0.4s返回空氣，則介質(zhì)Ⅱ的深度為多少？[解析](1)聲波在空氣中傳播時(shí)，由v＝λf可得聲波在空氣中傳播時(shí)的頻率f＝eq\f(v1,λ1)＝eq\f(340,0.2)Hz＝1700Hz由于聲波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，頻率不變，所以聲波在介質(zhì)Ⅱ中傳播時(shí)，頻率為1700Hz.(2)由v＝λf得聲波在介質(zhì)Ⅱ中的傳播速度為v2＝λ2f＝0.6×1700m/s＝1020m/s.(3)聲波經(jīng)eq\f(t,2)＝0.2s傳至介質(zhì)Ⅱ底部，故介質(zhì)Ⅱ的深度h＝v2·eq\f(t,2)＝1020×0.2m＝204m.[答案](1)1700Hz(2)1020m/s(3)204m[針對(duì)訓(xùn)練1]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?guó)Q笛2s后司機(jī)聽到回聲，此時(shí)汽車到山崖的距離有多遠(yuǎn)？(v聲＝340m/s)解析：設(shè)汽車在A點(diǎn)發(fā)出笛聲，A點(diǎn)到山崖B的距離為x1，汽車運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)聽到笛聲，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t②x2＝v車t③聯(lián)立①②③式得x＝325m.答案：325m探究二對(duì)波的衍射現(xiàn)象的理解【問題導(dǎo)引】1．只有當(dāng)障礙物或狹縫的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多時(shí)，才能發(fā)生波的衍射現(xiàn)象嗎？2．是否孔的尺寸越小，衍射現(xiàn)象越容易觀察？提示：1.障礙物或狹縫的尺寸大小，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．衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象．2．不是．當(dāng)孔的尺寸非常小時(shí)，衍射波的能量很弱，實(shí)際上很難觀察到波的衍射．1．衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射．凡是能發(fā)生衍射現(xiàn)象的都是波．2．波的衍射總是存在的，只有“明顯”與“不明顯”的差異．波長(zhǎng)較長(zhǎng)的波容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象．3．波傳到小孔(障礙物)時(shí)，小孔(障礙物)仿佛一個(gè)新波源，由它發(fā)出與原來同頻率的波在孔(障礙物)后傳播，波就偏離了直線方向．因此，波的直線傳播只是在衍射不明顯時(shí)的近似情況．【例2】(多選)如圖，這是波源O傳出的一列水波，相鄰實(shí)線間的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)，下列說法正確的是()A．波通過孔A，發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象B．波通過孔B，不發(fā)生衍射現(xiàn)象C．波遇到障礙物C，發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象D．波遇到障礙物D，發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象[解析]觀察題圖，孔B和障礙物C尺寸明顯大于波長(zhǎng)，不會(huì)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，但仍然有衍射現(xiàn)象，只是不明顯，不易觀察；孔A和障礙物D尺寸小于和接近波長(zhǎng)，會(huì)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象．故A、D正確，B、C錯(cuò)誤．[答案]AD[針對(duì)訓(xùn)練2](2022·廣西桂林十八中高二期中)如圖所示，甲為波源，M、N為兩塊擋板，其中M板固定，N板可移動(dòng)，兩板中間有一狹縫．此時(shí)測(cè)得乙處點(diǎn)沒有振動(dòng)．為了使乙處點(diǎn)能發(fā)生振動(dòng)，可操作的辦法是()A．增大甲波源的頻率B．減小甲波源的頻率C．將N板豎直向下移動(dòng)一些D．將N板水平向右移動(dòng)一些解析：選B.乙處點(diǎn)沒有振動(dòng)，說明波沒有衍射過去，原因是狹縫太寬或波長(zhǎng)太小，因此若使乙處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，可使N板上移減小板間距或增大波的波長(zhǎng)．波速恒定，根據(jù)v＝λf可知減小甲波源的頻率即可增大波的波長(zhǎng)，A、C、D錯(cuò)誤，B正確．(建議用時(shí)：20分鐘)[基礎(chǔ)鞏固練]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：選D.波發(fā)生反射時(shí)，在同一種介質(zhì)中傳播，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．2．關(guān)于波的反射與折射，下列說法正確的是()A．入射波的波長(zhǎng)一定等于反射波的波長(zhǎng)，其頻率不變B．入射波的波長(zhǎng)一定小于反射波的波長(zhǎng)，其頻率不變C．入射波的波長(zhǎng)一定大于折射波的波長(zhǎng)，其頻率不變D．入射波的波長(zhǎng)一定小于折射波的波長(zhǎng)，其頻率不變解析：選A.入射波與反射波在同種介質(zhì)中傳播，波速相同，頻率由波源決定，頻率相同，由v＝λf知波長(zhǎng)相同，A正確，B錯(cuò)誤；因不知介質(zhì)情況，入射波與折射波波長(zhǎng)無法比較，C、D錯(cuò)誤．3．(多選)以下關(guān)于波的認(rèn)識(shí)，正確的是()A．潛水艇利用聲吶探測(cè)周圍物體的分布情況，用的是波的折射原理B．隱形飛機(jī)怪異的外形及表面涂特殊隱形物質(zhì)，是為了減少波的反射，從而達(dá)到隱形的目的C．雷達(dá)的工作原理是利用波的反射D．水波從深水區(qū)傳到淺水區(qū)改變傳播方向的現(xiàn)象，是波的折射現(xiàn)象解析：選BCD.A、B、C選項(xiàng)中應(yīng)用了波的反射現(xiàn)象；D選項(xiàng)是波的折射現(xiàn)象，深水區(qū)域和淺水區(qū)域視為不同介質(zhì)，故波的傳播方向發(fā)生改變，故選B、C、D.[綜合提升練]4．如圖所示的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．圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每?jī)蓷l波紋(圖中曲線)之間距離表示一個(gè)波長(zhǎng)．為了使衍射現(xiàn)象更明顯，可以采取的措施是()A．將孔AB擴(kuò)大或者增大波源頻率B．將孔AB擴(kuò)大或者減小波源頻率C．將孔AB縮小或者增大波源頻率D．將孔AB縮小或者減小波源頻率解析：選D.當(dāng)AB的寬度比波長(zhǎng)更小時(shí)，可以使衍射現(xiàn)象更加明顯，所以可以采取的措施有將孔AB縮小或者減小波源頻率．5．(多選)如圖所示，S是波源，M、N是兩塊擋板，其中M板固定，N板可以左右移動(dòng)，兩板中間有一狹縫，此時(shí)A點(diǎn)沒有明顯振動(dòng)，為了使A點(diǎn)能發(fā)生明顯振動(dòng)．可采用的方法是()A．增大波源的頻率B．減小波源的頻率C．將N板向右移D．將N板向左移解析：選BD.A點(diǎn)要發(fā)生明顯振動(dòng)，就是要發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，而發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物或小孔的尺寸比波長(zhǎng)小或者跟波長(zhǎng)差不多，當(dāng)狹縫距離不變時(shí)，必須增大波長(zhǎng)，而v是一定的，由v＝fλ可知，要增大λ則要減小f，故B正確．當(dāng)波長(zhǎng)λ不變時(shí)，將N板左移，使狹縫距離d減小，也能產(chǎn)生明顯衍射，故D正確．6．在水波槽的衍射實(shí)驗(yàn)中，若打擊水面的振子振動(dòng)的頻率是5Hz，水波在水波槽中的傳播速度是0.05m/s，為觀察到顯著的衍射現(xiàn)象，小孔直徑d應(yīng)為()A．10cm B．5mC．d≥1cm D．d≤1cm解析：選D.設(shè)水波波長(zhǎng)為λ，當(dāng)d≤λ時(shí)會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，由題意知水波的波長(zhǎng)λ＝eq\f(v,f)＝eq\f(0.05,5)m＝0.01m＝1cm，即孔直徑d≤1cm時(shí)符合題意．7．某雷達(dá)站正在跟蹤一架飛機(jī)，此時(shí)飛機(jī)正朝著雷達(dá)站方向勻速飛來；某一時(shí)刻雷達(dá)發(fā)出一個(gè)無線電脈沖，經(jīng)200μs后收到反射波；隔0.8s后再發(fā)出一個(gè)脈沖，經(jīng)198μs收到反射波，已知無線電波傳播的速度為c＝3×108m/s，遠(yuǎn)大于飛機(jī)的飛行速度v.則v應(yīng)為()A．1500m/s B．750m/sC．375m/s D．以上數(shù)據(jù)都不對(duì)解析：選C.由于c?v，故可不考慮電磁波傳播過程中飛機(jī)的位移；設(shè)雷達(dá)兩次發(fā)射電磁波時(shí)飛機(jī)分別位于x1、x2處，則第一次：2x1＝ct1，第二次：2x