新教材高中物理第三章机械波第3节波的反射折射和衍射学案新人教版选择性必修第一册

PAGEPAGE7第3节波的反射、折射和衍射课标解读课标要求素养要求1.知道波的反射和折射现象。2.通过实验，了解波的衍射现象。1.物理观念：知道波传播到两种介质的界面时会发生反射和折射现象。2.科学思维：知道波的反射规律，知道波的衍射现象，理解发生明显衍射现象的条件。自主学习·必备知识教材研习教材原句要点一波的反射、折射当水波遇到挡板时会发生反射①。一列水波在深度不同的水域传播时，在交界面处将发生折射②。要点二波的衍射波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫作波的衍射③。在狭缝宽度与波长相差不多或者狭缝宽度比波长更小的情况下，发生明显④的衍射现象。自主思考①墙壁的传音性比空气好得多，但把门窗关闭后，外面传入室内的声音却会明显地减弱，这是为什么？答案：提示声波原来在空气中传播，如果没有障碍物，能直接传到室内，当把门窗关闭后，声波遇到墙壁和门窗，在界面上发生反射和折射现象，只有折射进入墙壁和门窗的声波才能进入室内，虽然墙壁和门窗的传音性能好但反射性能也好，所以大部分声波被反射回去，外面传入室内的声音就显著地减弱了。②一列声波从空气中传入水中，已知水中声速较大，则声波频率和波长如何变化？答案：提示由于波的频率由波源决定，因此波无论在空气中还是在水中频率都不变。又因波在水中速度较大，由公式v=λf可得，波在水中的波长变大。③日常生活中“闻其声不见其人”的物理现象的原因是什么？答案：提示声波在空气中的波长较长，跟一般障碍物的尺寸相差不多，很容易发生明显衍射现象，绕过障碍物传入人耳。而光波由于波长很短，障碍物或孔的尺寸远大于光的波长，光不能绕过障碍物发生明显衍射，所以只能听到声音而看不到说话的人。④只有障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小时，才能发生衍射现象，这句话对吗？答案：提示这句话不对，一切波遇到障碍物都会发生衍射现象，但有明显与不明显的区别，当障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小时，会发生明显的衍射现象。名师点睛1.波的反射规律：反射线、入射线和法线在同一平面内，反射线和入射线分别位于法线两侧，反射角等于入射角。2.波的折射中，波的频率不变，波速和波长发生改变。3.一切波都能发生衍射。衍射是波特有的现象。互动探究·关键能力探究点一波的反射、波的折射情境探究1.人们听不清对方说话时，除了让一只耳朵转向对方，还习惯性地把同侧的手附在耳旁，如图这样做是利用声波的什么特点提高耳朵的接收能力？答案：提示在耳廓原有形状、面积的基础上增加一个手的面积是为了增加波的反射面积来提高耳朵的接收能力。探究归纳1.波的反射和折射的比较现象波的反射波的折射传播方向改变(改变(频率f不变不变波速v不变改变波长λ不变改变2.说明（1）频率f由波源决定。（2）波速v由介质决定。因为折射波与入射波在不同的介质中传播，所以波速发生变化。（3）根据v=λf知，波长λ与v及f有关，即与介质和波源有关。探究应用例（多选）下列说法正确的是()A.波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长变短B.波发生反射时，波的频率、波长、波速均不变C.波发生折射时，波的频率不变，但波长、波速发生变化D.波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化答案：B;C解析：波发生反射时，波在同一种介质中传播，频率、波长和波速均不变，A错误，B正确；波发生折射时，是从一种介质传播到另一种介质，波速发生变化，波的频率由波源决定，所以频率不变，由公式v=λf可知，波长发生变化，C正确，D错误。规律总结波发生反射时，频率、波长和波速均不变；波发生折射时，波的频率不变，波速随介质的变化而改变，波长随波速的改变而改变。迁移应用1.一列波在第一种均匀介质中的波长为λ1，在第二种均匀介质中的波长为λ2，且A.3∶11∶1B.1∶31∶4C.1∶13∶1D.1∶11∶3答案：1.C解析：1.同一列波，频率不变，由v=λf得v1v22.（★）有一辆汽车以15m/s的速度匀速行驶，在其正前方有一陡峭山崖，汽车鸣笛2s后司机听到回声，此时汽车到山崖的距离有多远？(答案：2.325m解析：2.设汽车在A点发出笛声，A点到山崖B的距离为x1，汽车运动到C点司机听到笛声，设AC距离为x2，CB距离为xxx联立解得x=325m探究点二波的衍射情境探究1.许多人可能都有这样的体验：当我们听自己说话的录音时，会感到与我们平时说话时所听到的自己的声音有很大的不同，但听别人讲话的录音时就没有这种感觉。为什么听自己的录音会感到与平时声音有很大的不同呢？答案：提示这种现象显然不是录音失真造成的，而是与波的衍射有关的一种物理现象。声音从人的声带传到说话人的耳朵所涉及的物理过程主要是波的衍射。当波在传播的路径上遇到障碍，或者遇到带孔隙的隔板时，在特定的条件下就会发生明显衍射。我们说话时声带发出的声音就是这样经口、面颊、耳廓传到耳朵，使声音的直线传播发生改变。当我们的声音从外部声源直接到达我们的耳朵时，比如从扬声器或由耳机直接送入时，衍射就不起什么作用了。探究归纳1.波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫作波的衍射。2.衍射是波特有的现象，一切波都会产生衍射现象，当波碰到障碍物时，衍射现象总是存在的，只是有的明显有的不明显而已。3.障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多。（1）障碍物或孔的尺寸大小并不是决定衍射能否发生的条件，仅是衍射现象是否明显的条件。一般情况下，波长较大的波容易发生显著的衍射现象。（2）波传到小孔（或障碍物）时，小孔（或障碍物）处仿佛一个新的波源，由它发出与原来同频率的波（称为子波）在孔后传播，于是，就出现了偏离直线传播的衍射现象。（3）当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射现象不容易被观察到。探究应用例（多选）如图所示是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个小孔，O是波源，图中已画出波源所在区域的传播情况，每两条相邻的波纹（图中曲线）之间的距离表示一个波长，则对于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是()A.此时能明显观察到波的衍射现象B.如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象C.挡板前后波纹之间距离相等D.如果孔的大小不变，使波源频率增大，一定能明显观察到衍射现象答案：A;B;C解析：由图可看出孔的尺寸跟波长相差不多，所以能明显观察到波的衍射现象，A对；如将孔扩大到跟波长相差很多，则观察不到明显的衍射现象，B对；衍射不改变波的频率，在同种介质中波的传播速度不变，由v=λf知，波长不变，C对；若增大波源频率，则波长减小，有可能观察不到明显的衍射现象，D错。方法探究衍射现象的判断方法判定一些熟悉的现象是否是波的衍射现象，首先要看现象中是否有波，其次是看波从波源传出后是否偏离了直线传播，即是否“拐弯”，这两个条件都满足时才有波的衍射现象发生。迁移应用1.（多选）下列说法中正确的是()A.孔的尺寸比波长大得多时不会发生衍射现象B.孔的尺寸比波长小才发生衍射现象C.只有孔的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象D.只有波才有衍射现象答案：C;D解析：波绕过障碍物继续传播的现象称为波的衍射现象，发生明显衍射的条件是孔或障碍物尺寸跟波长差不多或者比波长更小，孔径大并不是不发生衍射，只是波的衍射现象不明显，A、B错误，C正确；衍射现象是波特有的现象，D正确。评价检测·素养提升课堂检测1.在室内讲话的声音比在室外空旷处讲话的声音要洪亮，是因为()A.室内空气不流动B.室内声音发生多次反射C.室内声音发生折射D.室内物体会吸附声音答案：1.B解析：1.在室内听到的声音洪亮是因为声波在室内墙壁上经过多次反射而得到加强。2.（多选）对于波的折射现象，下列说法正确的是()A.当入射速度小于折射速度时，折射后波长变大B.当波垂直界面入射时，传播方向不改变，波速和波长都不改变C.在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变D.波发生折射时一定不会发生反射现象答案：2.A;C解析：2.由v=λf可知当入射速度小于折射速度时，折射后频率不变，波长变大，A正确。当波垂直界面入射时，传播方向尽管不改变，但由于介质发生改变，波速和波长都改变，但周期、频率不变，B错误，C正确。波发生折射时也可以在两种介质界面上发生反射现象，D错误。3.下列关于波的衍射的说法正确的是()A.波要发生衍射现象必须满足一定的条件B.与光波相比声波容易发生衍射是由于声波波长较大C.对同一列波，缝、孔或障碍物越大，衍射现象越明显D.只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象答案：3.B解析：3.衍射是波特有的现象，一切波都能发生衍射现象，A、D错误；波长越长，衍射现象越明显，B正确；对同一列波，缝、孔或障碍物越大，衍射现象越不明显，C错误。4.在空旷