人教版(新教材)高中物理選擇性必修1學(xué)案2：3 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(cè)PAGEPAGE13.3波的反射、折射和衍射〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1．知道波的反射和反射規(guī)律。2．了解波的折射現(xiàn)象。3．知道波的衍射現(xiàn)象和波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，知道衍射是波特有的現(xiàn)象?！贾R(shí)梳理〗知識(shí)點(diǎn)一波的反射和折射1．波的反射(1)定義：波遇到介質(zhì)界面會(huì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。(2)波的反射定律：反射線、法線與入射線在同一內(nèi)，反射線與入射線分居兩側(cè)，反射角入射角，如圖所示。2．波的折射(1)定義：波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，波的發(fā)生改變的現(xiàn)象。(2)一切波都會(huì)發(fā)生現(xiàn)象。知識(shí)點(diǎn)二波的衍射1．定義：波繞過(guò)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。2．實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象(1)實(shí)驗(yàn)器材：在水槽里放兩塊擋板，中間留個(gè)。(2)現(xiàn)象①狹縫寬度比波長(zhǎng)大得多時(shí)：波的傳播如同光沿傳播一樣，擋板后面產(chǎn)生一個(gè)。②狹縫寬度與波長(zhǎng)相差不多或狹縫寬度比波長(zhǎng)更小時(shí)，波擋板后面繼續(xù)傳播。3．發(fā)生明顯衍射的條件縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)，或者。4．都能發(fā)生衍射，衍射是波的現(xiàn)象。〖要點(diǎn)剖析〗一、對(duì)波的反射和折射現(xiàn)象的理解及應(yīng)用1．波的反射的應(yīng)用(1)回聲測(cè)距：常見(jiàn)的有如下三種情況：①當(dāng)聲源不動(dòng)時(shí)，聲波遇到了靜止障礙物會(huì)被反射回來(lái)繼續(xù)傳播，由于反射波與入射波在同一介質(zhì)中的傳播速度相同，因此，入射波和反射波在傳播距離一樣的情況下，用的時(shí)間相等。設(shè)經(jīng)過(guò)時(shí)間t聽(tīng)到回聲，則聲源距障礙物的距離為s＝v聲eq\f(t,2)。②當(dāng)聲源以速度v向靜止的障礙物運(yùn)動(dòng)或障礙物以速度v向靜止的聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的距離為s＝(v聲＋v)eq\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(shí)，聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的距離為s＝(v聲－v)eq\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(shí)會(huì)被反射回來(lái)。蝙蝠、海豚就是根據(jù)接收到的反射回來(lái)的超聲波來(lái)確定障礙物或食物的位置，從而確定飛行或游動(dòng)方向的。2．頻率、波速和波長(zhǎng)的決定因素(1)頻率f由波源決定，故無(wú)論是反射波的頻率還是折射波的頻率都與入射波的頻率，即波源的振動(dòng)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)根據(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)，反射波與入射波在同一介質(zhì)中波速相同，頻率相同，故波長(zhǎng)相同。折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，v不同，f相同，故λ不同。例1某物體發(fā)出的聲音在空氣中的波長(zhǎng)為1m,波速為340m/s,在海水中的波長(zhǎng)為4.5m。(1)該波的頻率為_(kāi)_______Hz，在海水中的波速為_(kāi)_______m/s。(2)若物體在海面上發(fā)出的聲音經(jīng)0.5s聽(tīng)到回聲，則海水深為多少？(3)若物體以5m/s的速度由海面向海底運(yùn)動(dòng)，則經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間聽(tīng)到回聲？

例2一列聲波在介質(zhì)Ⅰ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，若介質(zhì)Ⅰ中的聲速是340m/s。求：(1)該聲波在介質(zhì)Ⅱ中傳播時(shí)的頻率；(2)該聲波在介質(zhì)Ⅱ中傳播的速度。規(guī)律方法(1)在波的折射中，波的頻率不發(fā)生改變，波速和波長(zhǎng)都發(fā)生變化。(2)波在兩種介質(zhì)的界面上發(fā)生折射的原因是因?yàn)椴ㄔ诓煌橘|(zhì)中的速度不同。(3)水波的傳播速度與水深有關(guān)，水越淺，水波的傳播速度越小。二、對(duì)波的衍射現(xiàn)象的理解1．發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件(1)水波遇到障礙物的情況當(dāng)障礙物較小時(shí)發(fā)現(xiàn)波繞過(guò)障礙物繼續(xù)前進(jìn)，如同障礙物不存在一樣。如圖甲所示，衍射現(xiàn)象明顯。(2)水波遇到小孔的情況當(dāng)孔較小時(shí)發(fā)現(xiàn)孔后的整個(gè)區(qū)域里傳播著以孔為中心的圓形波。如圖乙所示，衍射現(xiàn)象明顯。(3)產(chǎn)生明顯衍射的條件障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小，或者跟波長(zhǎng)相差不多。注意：衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射。衍射現(xiàn)象只有“明顯”與“不明顯”之分。2．波的衍射現(xiàn)象的本質(zhì)波傳到小孔(或障礙物)時(shí)，小孔(或障礙物)仿佛是一個(gè)新的波源，由它發(fā)出與原來(lái)同頻率的波(稱為子波)，在孔(或障礙物)后傳播，于是就出現(xiàn)了偏離直線傳播的衍射現(xiàn)象。波的直線傳播是衍射不明顯時(shí)的近似情形。例3如圖所示，正中有一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，水面上的波形發(fā)生明顯衍射的區(qū)域是()A．陰影Ⅰ區(qū)域 B．陰影Ⅱ、Ⅲ區(qū)域C．陰影Ⅰ、Ⅱ區(qū)域 D．無(wú)明顯衍射區(qū)域規(guī)律方法(1)波的衍射是不需要條件的，但要發(fā)生明顯的衍射必須滿足一定的條件。(2)波長(zhǎng)比小孔(或障礙物)尺寸大得越多，衍射現(xiàn)象越明顯?！颊n堂達(dá)標(biāo)〗1．以下關(guān)于波的認(rèn)識(shí)，錯(cuò)誤的是()A．潛水艇利用聲吶探測(cè)周圍物體的分布情況，用的是波的反射原理B．隱形飛機(jī)怪異的外形及表面涂特殊吸波材料，是為了減少波的反射，從而達(dá)到隱形的目的的C．雷達(dá)的工作原理是利用波的直線傳播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2．下列現(xiàn)象屬于波的衍射現(xiàn)象的是()A．在空曠的山谷里喊叫，可以聽(tīng)到回聲 B．只聞其聲，不見(jiàn)其人C．余音繞梁，三日而不絕 D．夏日的雷聲有時(shí)轟鳴不絕3．下列說(shuō)法中正確的是()A．孔的尺寸比波長(zhǎng)大得多時(shí)不會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象B．孔的尺寸比波長(zhǎng)小才發(fā)生衍射現(xiàn)象C．只有孔的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多或者比波長(zhǎng)更小時(shí)，才能出現(xiàn)衍射現(xiàn)象D．只有波才有衍射現(xiàn)象4．兩列不同頻率的水波通過(guò)相同的小孔形成的衍射圖樣如圖所示，由圖可知，兩列波的波長(zhǎng)和頻率的大小關(guān)系是()A．λ甲>λ乙，f甲>f乙 B．λ甲<λ乙，f甲<f乙C．λ甲>λ乙，f甲<f乙 D．λ甲<λ乙，f甲>f乙5．一列波在第一種均勻介質(zhì)中的波長(zhǎng)為λ1，在第二種均勻介質(zhì)中的波長(zhǎng)為λ2，且λ1＝3λ2，那么波在這兩種介質(zhì)中的頻率之比和波速之比分別為()A．3∶1,1∶1 B．1∶3,1∶4C．1∶1,3∶1 D．1∶1,1∶3

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖知識(shí)梳理〗知識(shí)點(diǎn)一返回來(lái)平面法線等于傳播方向折射知識(shí)點(diǎn)二障礙物狹縫直線陰影區(qū)繞到相差不多比波長(zhǎng)更小一切波特有〖要點(diǎn)剖析〗例1〖解析〗(1)由f＝eq\f(v,λ)得f＝eq\f(340,1)Hz＝340Hz。因波的頻率不變，則在海水中的波速為v海＝λf＝4.5×340m/s＝1530m/s。(2)入射聲波和反射聲波用時(shí)相同，則海水深為s＝v海eq\f(t,2)＝1530×eq\f(0.5,2)m＝382.5m。(3)物體與聲音運(yùn)動(dòng)的過(guò)程示意圖如圖所示。設(shè)聽(tīng)到回聲的時(shí)間為t，則v物t＋v海t＝2s。代入數(shù)據(jù)解得t＝0.498s?！即鸢浮?1)3401530(2)382.5m(3)0.498s例2〖解析〗(1)聲波在介質(zhì)Ⅰ中傳播時(shí)，由v＝λf得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。〖答案〗(1)1700Hz(2)1020m/s例3〖解析〗水波在傳播過(guò)程中遇到了小孔B，與水波波長(zhǎng)相比，小孔B的尺寸比較小，所以能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，水面上的波能明顯進(jìn)入陰影Ⅱ、Ⅲ區(qū)域；但與水波波長(zhǎng)相比，A擋板的尺寸較大，不能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，所以水面上波分布于除陰影Ⅰ以外區(qū)域，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確?！即鸢浮紹〖課堂達(dá)標(biāo)〗1.〖答案〗C〖解析〗聲吶、雷達(dá)都是利用接收反射波來(lái)進(jìn)行定位的，故A正確，C錯(cuò)誤；隱形飛機(jī)是通過(guò)減少波的反射達(dá)到隱形的目的的，故B正確；水波的傳播方向發(fā)生改變屬于波的折射現(xiàn)象，故D正確。2.〖答案〗B〖解析〗空曠的山谷里叫喊，可以聽(tīng)到回聲，這是聲波的反射現(xiàn)象，故A錯(cuò)誤；波遇到障礙物或小孔后繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫做波的衍射，“只聞其聲，不見(jiàn)其人”是聲波的衍射現(xiàn)象，故B正確；“余音繞梁，三日而不絕”，是聲波的反射，故C錯(cuò)誤；雷聲有時(shí)轟鳴不絕，也是聲波的反射，故D錯(cuò)誤。3.〖答案〗D〖解析〗波繞過(guò)障礙物的現(xiàn)象稱為波的衍射現(xiàn)象，發(fā)生明顯衍射的條件是孔或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)差不多或者比波長(zhǎng)更小。孔徑大并不是不發(fā)生衍射，只是波的衍射現(xiàn)象不明顯，所以A、B、C項(xiàng)錯(cuò)誤。衍射現(xiàn)象是波的特有的現(xiàn)象，所以D項(xiàng)正