新教材物理选择性必修第一册学案3.3波的反射折射和衍射

3．波的反射、折射和衍射目标体系构建明确目标·梳理脉络【学习目标】1．知道什么是波的反射和折射。2．知道波的衍射及发生明显衍射的条件。3．掌握波的反射规律并能进行简单的应用。4．理解波的折射定律。【思维脉络】课前预习反馈教材梳理·落实新知知识点1波的反射和折射1．波的反射(1)波的反射波遇到障碍物会__返回来__继续传播的现象，叫作波的反射。(2)反射定律入射波线、法线、反射波线在__同一平面__内，且入射角__等于__反射角。如图所示。2．波的折射波从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生__改变__的现象，叫作波的折射。如图所示。知识点2波的衍射1．定义波可以绕过__障碍物__继续传播的现象。2．实验及现象(1)实验装置：在水槽里放两块挡板，中间留一个__狭缝__。(2)现象：①狭缝宽度比波长大得多时：波的传播如同光沿__直线__传播一样，挡板后面产生“__阴影区__”。②狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时：水波__绕到__挡板后面继续传播。3．发生明显衍射现象的条件只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长__相差不多__，或者比波长__更小__时，才能观察到明显的衍射现象。思考辨析『判一判』(1)水波的反射与初中学过的光的反射遵循同样的规律。(√)(2)一切波都会发生折射现象。(√)(3)波在发生折射后，其频率和波速都不发生变化。(×)(4)当缝或孔的尺寸比波长大得多时，就不会发生衍射现象。(×)(5)不只是水波，声波也发生衍射。(√)『选一选』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(B)A．室内空气不流动B．室内声音多次反射C．室内声音发生折射D．室内物体会吸附声音解析：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。『想一想』如图所示，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：声波在空气中的波长较长，可以跟一般障碍物的尺寸相比拟，很容易发生衍射现象，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，不能绕过障碍物发生衍射，所以只能听到声音而看不到说话的人。课内互动探究细研深究·破疑解难探究波的反射和折射┃┃情境导入__■我们在山中、在大的空房间里大声说话时，都会听到回声，这属于波的什么现象？提示：波的反射┃┃要点提炼__■1．波的反射和折射的比较波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射和折射现象，一些物理量相应发生了变化，比较如下：波现象比较项波的反射波的折射传播方向改变θ反＝θ入改变θ折≠θ入频率f不变不变波速v不变改变波长λ不变改变2．图形示例3．说明(1)频率f由波源决定，故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率，即与波源的振动频率相同。(2)波速v由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变；而折射波与入射波在不同介质中传播，所以波速变化。(3)据v＝λf知，波长λ与v及f有关，即与介质及波源有关，反射波与入射波在同一介质中传播，频率相同，故波长相同。折射波与入射波在不同介质中传播，f相同，v不同，故λ不同。┃┃典例剖析__■典例1关于波的反射、折射现象，下列说法正确的是(A)A．一切波都能发生反射、折射现象B．发生折射时，波的传播方向一定会发生改变C．不是所有的波都能发生反射D．波发生折射时，波长、频率和波速都会发生变化解析：当波从一种介质传播到另一种介质时，一切波都能发生反射折射，故A正确，C错误。波传播方向跟两种介质界面垂直时，传播方向不变，故B错误。波从一种介质传播进入另一种介质时，频率不变，波速发生变化，而波长λ＝eq\f(v,f)，随着波速变化而变化，故D错误。┃┃对点训练__■1．(多选)图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则下列说法中正确的是(BD)A．1与2的波长、频率相等，但波速不等B．1与2的波速、频率、波长均相等C．2与3的波速、频率、波长均相等D．2与3的频率相等，波速、波长均不等解析：波1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，A错，B对；2、3是在两种不同介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由v＝λf得波长不同，故C错，D对。探究对波的衍射现象的理解┃┃情境导入__■我们在家中经常听到优美的声乐从窗外飘来(如图)，声音为什么没被障碍物所挡住？提示：这是声波的衍射现象。声波在传播过程中遇到障碍物时，可以绕过障碍物继续传播。┃┃要点提炼__■1．生活中常见的波的衍射现象(1)声波：声波的波长在1.7cm～17m之间，(2)水波：水面上传播的波能够越过水面上的芦苇、小石块等障碍物，都是典型的水波的衍射现象。(3)无线电波：在房间中可以接收到收音机和电视信号，是电磁波的衍射现象。2．对明显衍射发生条件的理解(1)波的衍射是波在传播过程中所具有的特征之一，衍射是否明显，通常的衡量就是孔或缝的宽度d与波长λ的比值，比值越小，衍射现象相对越明显。(2)孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长的关系仅是衍射能否明显发生的条件，波的衍射没有条件。(3)明显衍射发生时，并不一定能清楚地感受到，如当孔远远小于水波波长时，衍射应当非常明显，但因孔很小，单位时间内通过的能量很小，又分布到很大的区域上，水波非常弱，将看不清楚。特别提醒(1)衍射是波所特有的现象，一切波都会产生衍射现象，只有明显和不明显的差异。(2)凡能发生衍射现象的就是波。┃┃典例剖析__■典例2(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(ABC)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思路引导：波能发生明显衍射现象的条件是：缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小。在同种均匀介质中，波速一定，当改变波的频率时，也改变了波长的大小。解析：由图可看出孔的尺寸跟波长差不多，所以能明显观察到波的衍射现象，A、C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；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。┃┃对点训练__■2．下列现象或事实属于衍射现象的是(C)A．风从窗户吹进来B．雪堆积在背风的屋后C．水波前进方向上遇到凸出在水面上的小石块，小石块对波的传播没有影响D．晚上看到水中月亮的倒影解析：波在传播过程中偏离直线传播绕过障碍物的现象称为波的衍射。C与衍射现象相符。核心素养提升以题说法·启智培优波的反射现象的应用1．回声测距：(1)当声源不动时，声波遇到了静止障碍物会被反射回来继续传播，由于反射波与入射波在同一介质中传播速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下，用的时间相等。设经过时间t听到回声，则声源距障碍物的距离为s＝v声eq\s\do6(\f(t,2))。(2)当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物经速度v向静止的声源运动时，声源发声时障碍物到声源的距离为s＝(v声＋v)eq\s\do6(\f(t,2))。(3)当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离静止的声源时，声源发声时障碍物到声源的距离为s＝(v声－v)eq\s\do6(\f(t,2))。2．超声波定位：蝙蝠、海豚能发出超声波。超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来。蝙蝠、海豚就是根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物的位置，从而确定飞行或游动方向。案例如图所示，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，此时汽车距山崖的距离多远？(v声＝340m/思路引导：利用反射测距是一种常用的方法，此题注意汽车是运动的，应画出运动示意图，帮助分析解题。