人教版(新教材)高中物理選擇性必修1學案1：3 3 波的反射、折射和衍射

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第一冊PAGEPAGE13.3波的反射、折射和衍射〖學習目標〗1．知道波的反射、折射和衍射現(xiàn)象，知道明顯衍射的條件。2．理解波的反射定律和折射定律，能進行簡單計算。3．經歷探究波的明顯衍射現(xiàn)象條件的過程。4．利用波的幾種現(xiàn)象實例培養(yǎng)觀察、分析和歸納的習慣?！贾R梳理〗知識點一波的反射1．反射現(xiàn)象：波遇到介質界面(如水波遇到擋板)時會返回原介質繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。2．反射規(guī)律：反射線、法線與入射線在同一內，反射線與入射線分居兩側，反射角入射角。知識點二波的折射1．波的折射：光從一種介質進入另一種介質時會發(fā)生折射,同樣,一切波都會發(fā)生現(xiàn)象。2．水波的折射：水波在不同的水域傳播時，在交界處將發(fā)生。知識點三波的衍射1．波繞過繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。2．發(fā)生明顯衍射的條件：障礙物或狹縫的尺寸跟相差不多，或者比波長更小。3．一切波都能發(fā)生。衍射是波特有的現(xiàn)象?！颊n堂探究〗一、波的反射和折射情境1：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？1．波的反射和折射中物理量變化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.對波的三點說明(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相等，即都與波源的振動頻率相同。(2)波速(v)由介質決定：故反射波與入射波在同一介質中傳播，波速不變，折射波與入射波在不同介質中傳播，波速變化。(3)據(jù)v＝λf知，波長λ與波速和頻率有關。反射波與入射波，頻率同、波速同，故波長相同，折射波與入射波在不同介質中傳播，頻率同，波速不同，故波長不同。例1甲、乙兩人站在一堵墻前面，兩人相距2a，距墻均為eq\r(3)a。當甲開了一槍后，乙在t時間后聽到第一聲槍響，則乙在什么時候能聽到第二聲槍響()A．聽不到 B．甲開槍后3t時間C．甲開槍后2t時間 D．甲開槍后eq\f(\r(3)＋\r(7),2)t時間規(guī)律方法波的反射應用技巧——回聲測距利用回聲測距是波的反射的一個重要應用，它的特點是聲源正對障礙物，聲源發(fā)出的聲波與回聲在同一條直線上傳播。(1)若是一般情況下的反射，反射波和入射波是遵從反射定律的，可用反射定律作圖后再求解。(2)利用回聲測距時，要特別注意聲源是否運動，若聲源運動，聲源發(fā)出的原聲至障礙物再返回至聲源的這段時間與聲源的運動時間相同。(3)解決波的反射問題，關鍵是根據(jù)物理情景規(guī)范作出幾何圖形，然后利用幾何知識結合物理規(guī)律進行解題。二、波的衍射情境2：聲波能繞過障礙物繼續(xù)傳播，衍射聲波有什么特點？水波能到達擋板的后面，衍射水波有什么特點？1．波的衍射的條件：應該說衍射是沒有條件的，衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射。衍射只有“明顯”與“不明顯”之分，障礙物或小孔的尺寸跟波長差不多，或比波長小是產生明顯衍射的條件。2．波的衍射的實質：波傳到小孔(障礙物)時，小孔(障礙物)仿佛是一個新波源，由它發(fā)出的與原來同頻率的波在小孔(障礙物)后傳播，就偏離了直線方向。波的直線傳播只是在衍射不明顯時的近似情況。3．衍射現(xiàn)象與觀察的矛盾：當孔的尺寸遠小于波長時盡管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射現(xiàn)象不容易觀察到。例2如圖所示是觀察水面波衍射的實驗裝置，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)之間距離表示一個波長，則對于波經過孔之后的傳播情況，下列描述不正確的是()A．此時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，能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象規(guī)律方法衍射現(xiàn)象的兩點提醒(1)障礙物的尺寸與波長大小的關系不是發(fā)生衍射的條件，而是發(fā)生明顯衍射的條件，波長越大越易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象。(2)當孔的尺寸遠小于波長時，盡管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很難觀察到波的衍射。〖課堂達標〗1．關于波的反射與折射，下列說法正確的是()A．入射波的波長一定等于反射波的波長，其頻率不變B．入射波的波長一定小于反射波的波長，其頻率不變C．入射波的波長一定大于折射波的波長，其頻率不變D．入射波的波長一定小于折射波的波長，其頻率不變2．(多選)關于波的衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．當孔的尺寸比波長大時，一定不會發(fā)生衍射現(xiàn)象B．只有孔的尺寸與波長相差不多時，或者比波長還小時才會觀察到明顯的衍射現(xiàn)象C．只有波才有衍射現(xiàn)象D．衍射是波特有的現(xiàn)象3．一塊小石子投入河水中激起一列水波，遇到障礙物后能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，障礙物是()A．靜止在河面的漁船 B．靜止在河面的貨船C．豎立在河中的竹竿 D．豎立在河中的橋墩4．“B超”可用于探測人體內臟的病變狀況。如圖是超聲波從肝臟表面入射，經折射與反射，最后從肝臟表面射出的示意圖。超聲波在進入肝臟發(fā)生折射時遵循的規(guī)律與光的折射規(guī)律類似，可表述為eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(v1,v2)(式中θ1是入射角，θ2是折射角，v1、v2分別是超聲波在肝外和肝內的傳播速度)，超聲波在腫瘤表面發(fā)生反射時遵循的規(guī)律與光的反射規(guī)律相同。已知v2＝0.9v1，入射點與出射點之間的距離是d，入射角是i，腫瘤的反射面恰好與肝臟表面平行。求：腫瘤離肝表面的深度h為多少？

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖知識梳理〗知識點一平面法線等于知識點二折射深度折射知識點三障礙物波長衍射〖課堂探究〗情境1：波的反射現(xiàn)象。例1〖答案〗C〖解析〗乙聽到的第一聲槍響必然是甲開槍的聲音直接傳到乙的耳中，故t＝eq\f(2a,v)。甲、乙二人及墻的位置如圖所示，乙聽到的第二聲槍響必然是經墻反射傳來的槍聲，由反射定律可知，波線如圖中AC和CB，由幾何關系可得eq\x\to(AC)＝eq\x\to(CB)＝2a，故第二聲槍響傳到乙耳中的時間為t′＝eq\f(\x\to(AC)＋\x\to(CB),v)＝eq\f(4a,v)＝2t。情境2：衍射波與原波具有相同的頻率，傳播過程中波形沒變。例2〖答案〗D〖解析〗從題圖中可以看出，孔的大小與波長相差不多，故能夠發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，選項A正確；由于在同一均勻介質中，波的傳播速度沒有變化，又因為波的頻率是一定的，又根據(jù)λ＝eq\f(v,f)可得波長λ沒有變化，選項B正確；當將孔擴大后，孔的寬度和波長有可能不滿足發(fā)生明顯衍射的條件，選項C正確；如果孔的大小不變，使波源頻率增大，則波長減小，孔的寬度將比波長大，孔的寬度和波長有可能不滿足發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，選項D錯誤?！颊n堂達標〗1.〖答案〗A〖解析〗入射波與反射波在同種介質中波速相同，頻率由波源決定，頻率相同，由v＝λf知波長相同，選項A正確，B錯誤；因不知介質情況，入射波與折射波波長無法比較，選項C、D錯誤。2.〖答案〗BCD〖解析〗衍射是波特有的現(xiàn)象。當孔的尺寸比波長大時，會發(fā)生衍射現(xiàn)象，只不過不明顯。只有當孔、縫或障礙物的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小時，才會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，切不可把此條件用來判斷波是否發(fā)生了衍射現(xiàn)象。3.〖答案〗C〖解析〗河水中激起一列水波，遇到障礙物后能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，依據(jù)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象的條件是障礙物的尺寸與波長相差不大或者比波長小，故該障礙物的尺寸較小，故C正確，A、B、D錯誤。故選C。4.〖解析〗超聲波沿如圖所示的路線傳播，根據(jù)eq\f(sini,sinθ)＝eq\f(v1,v2)，又因為v2＝0.9v1，所以sinθ