人教版(新教材)高中物理选择性必修1学案：3 3 波的反射、折射和衍射

人教版（新教材）高中物理选择性必修第一册PAGEPAGE13波的反射、折射和衍射〖学习目标〗1.了解波的反射和折射现象.2.理解波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件．一、波的反射1．反射现象：波遇到介质界面(如水波遇到挡板)时会返回原介质继续传播的现象．2．反射规律：反射线、法线与入射线在同一平面内，反射线与入射线分居法线两侧，反射角等于入射角.二、波的折射1．波的折射：光从一种介质进入另一种介质时会发生折射，同样，其他波从一种介质进入另一种介质时也发生折射.2．水波的折射：水波在深度不同的水域传播时，在交界面处发生折射.三、波的衍射1．波的衍射：波绕过障碍物继续传播的现象.2．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.3．波的衍射的普遍性：一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象.判断下列说法的正误．(1)一切波都能发生折射和衍射现象．(√)(2)水波的反射不遵从反射定律．(×)(3)只有当障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时，才会发生衍射现象．(×)(4)“闻其声不见其人”，是指声波的衍射现象．(√)(5)波从一种介质进入另一种介质时波的频率发生变化．(×)一、波的反射和折射1．波的反射遵从反射定律，即入射线、反射线及法线位于同一平面内，入射线、反射线分别位于法线的两侧，反射角等于入射角．2．波的频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是不改变的．3．波速是由介质决定的，波反射时是在同一介质中传播，因此波速不变，波折射时是在不同介质中传播，因此波速改变．4．波长是由频率和波速共同决定的，即在波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据公式λ＝eq\f(v,f)可知波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由λ＝eq\f(v,f)可知波长变大，反之变小．图1中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则()图1A．2与1的波长、频率相等，波速不等B．2与1的波速、频率相等，波长不等C．3与1的波速、频率、波长均相等D．3与1的频率相等，波速、波长均不等〖答案〗D〖解析〗波线1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，A、B错；波线1、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λ＝eq\f(v,f)得波长不同，故C错，D对．某测量员利用回声测距，他站在两平行竖直墙壁间某一位置鸣枪，经过1s第一次听到回声，又经过0.5s再次听到回声，已知声速为340m/s，则两墙壁间的距离为多少？〖答案〗425m〖解析〗设两墙壁间的距离为s，测量员离较近的墙壁的距离为x，则他离较远的墙壁的距离为s－x，第一次听到回声时，2x＝vt1第二次听到回声时，2(s－x)＝v(t1＋Δt)其中Δt＝0.5s，t1＝1s，代入数据解得：s＝425m.回声测距的三种情况1．当声源不动时，声波遇到了障碍物后会返回继续传播，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，设经时间t听到回声，则声源到障碍物的距离为s＝v声·eq\f(t,2).2．当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度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\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\f(t,2).二、波的衍射导学探究如图2所示是一个可观察水波衍射的发波水槽，振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播．思考下列问题：图2(1)水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？(2)当水波遇到较大的障碍物时，会观察到什么现象？当障碍物较小时，会观察到什么现象？〖答案〗(1)水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后面的“阴影区”，小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显(2)当水波遇到较大的障碍物时，将会返回，当障碍物较小时，波能继续向前传播知识深化1．衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射．衍射只有“明显”与“不明显”之分，障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多，或比波长小是产生明显衍射的条件．2．声波波长较长，一般在1.7cm～17m.3．波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况．(多选)如图3所示是观察水波衍射的实验装置．AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源．图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是()图3A．此时能观察到波明显的衍射现象B．挡板前后波纹间距离相等C．如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，能观察到更明显的衍射现象〖答案〗ABC〖解析〗观察题图可知孔的尺寸与波长差不多，能观察到波明显的衍射现象，故A对；因波的传播速度不变，频率不变，故波长不变，即挡板前后波纹间距离应相等，故B对；若将孔AB扩大，且孔的尺寸远大于波长，则可能观察不到明显的衍射现象，故C对；若f增大，由λ＝eq\f(v,f)，知λ变小，衍射现象变得不明显了，故D错．针对训练(2020·北京东城区期末)如图4所示为观察水面波衍射的实验示意图，CA、BD是挡板，它们之间有一窄缝，A、B分别为窄缝边缘的两点．S点表示波源，相邻两波纹之间的距离表示一个波长，已知A、B间的距离与波长相差不多，则波穿过窄缝之后()图4A．波纹之间距离变大B．波的振幅变大C．波仅在SA与SB两直线之间的扇形区域内传播D．波能传播到SA、SB两直线外侧的区域〖答案〗D〖解析〗穿过窄缝之后，波的频率不变，波速不变，所以波长不变，即波纹间距不变，振幅不变，故选项A、B错误；波衍射后偏离直线传播路径，故C错误，D正确．1．(波的反射与折射)(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，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〗BC〖解析〗波发生反射时，在同一种介质中运动，因此波长、波速和频率都不发生变化；波发生折射时，频率不变，波速和波长均发生变化，故B、C正确，A、D错误．2．(波的衍射)某同学观察到波长相同的水波通过两个宽度不同的狭缝时的现象，如图5所示，下列说法正确的是()图5A．水波通过狭缝后波长变短B．这是水波的衍射现象，有些波不能发生衍射现象C．此现象可以说明，波长一定，缝越窄衍射现象越明显D．此现象可以说明，缝宽一定，波长越长衍射现象越明显〖答案〗C〖解析〗波衍射后不影响波的特性，即波长不变，A错误；波的衍射是波特有的性质，所有波都会发生衍射现象，B错误；由题图可知图甲衍射现象比较明显，所以波长一定，缝越窄衍射现象越明显，由于题中给出的是波长一定的情况，无法比较缝宽一定时不同波长的波的衍射情况，C正确，D错误．3.(波的衍射)(多选)(2020·上海交大附中期中)如图6所示，图中S为水面上振动的波源，M、N是水面上的两块挡板，其中N板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水面没有振动，为使A处