人教版(新教材)高中物理选择性必修1学案2：3 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PAGEPAGE13.3波的反射、折射和衍射〖学习目标〗1．知道波的反射和反射规律。2．了解波的折射现象。3．知道波的衍射现象和波发生明显衍射现象的条件，知道衍射是波特有的现象。〖知识梳理〗知识点一波的反射和折射1．波的反射(1)定义：波遇到介质界面会继续传播的现象。(2)波的反射定律：反射线、法线与入射线在同一内，反射线与入射线分居两侧，反射角入射角，如图所示。2．波的折射(1)定义：波从一种介质进入另一种介质时，波的发生改变的现象。(2)一切波都会发生现象。知识点二波的衍射1．定义：波绕过继续传播的现象。2．实验及现象(1)实验器材：在水槽里放两块挡板，中间留个。(2)现象①狭缝宽度比波长大得多时：波的传播如同光沿传播一样，挡板后面产生一个。②狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时，波挡板后面继续传播。3．发生明显衍射的条件缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长，或者。4．都能发生衍射，衍射是波的现象。〖要点剖析〗一、对波的反射和折射现象的理解及应用1．波的反射的应用(1)回声测距：常见的有如下三种情况：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的传播速度相同，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\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)。(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的。2．频率、波速和波长的决定因素(1)频率f由波源决定，故无论是反射波的频率还是折射波的频率都与入射波的频率，即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)根据v＝λf知，波长λ与v及f有关，即与介质和波源有关，反射波与入射波在同一介质中波速相同，频率相同，故波长相同。折射波与入射波在不同介质中传播，v不同，f相同，故λ不同。例1某物体发出的声音在空气中的波长为1m,波速为340m/s,在海水中的波长为4.5m。(1)该波的频率为________Hz，在海水中的波速为________m/s。(2)若物体在海面上发出的声音经0.5s听到回声，则海水深为多少？(3)若物体以5m/s的速度由海面向海底运动，则经过多长时间听到回声？

例2一列声波在介质Ⅰ中的波长为0.2m。当该声波从空气中以某一角度传入介质Ⅱ中时，波长变为0.6m，如图所示，若介质Ⅰ中的声速是340m/s。求：(1)该声波在介质Ⅱ中传播时的频率；(2)该声波在介质Ⅱ中传播的速度。规律方法(1)在波的折射中，波的频率不发生改变，波速和波长都发生变化。(2)波在两种介质的界面上发生折射的原因是因为波在不同介质中的速度不同。(3)水波的传播速度与水深有关，水越浅，水波的传播速度越小。二、对波的衍射现象的理解1．发生明显衍射现象的条件(1)水波遇到障碍物的情况当障碍物较小时发现波绕过障碍物继续前进，如同障碍物不存在一样。如图甲所示，衍射现象明显。(2)水波遇到小孔的情况当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形波。如图乙所示，衍射现象明显。(3)产生明显衍射的条件障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不多。注意：衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射。衍射现象只有“明显”与“不明显”之分。2．波的衍射现象的本质波传到小孔(或障碍物)时，小孔(或障碍物)仿佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波(称为子波)，在孔(或障碍物)后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象。波的直线传播是衍射不明显时的近似情形。例3如图所示，正中有一O点是水面上一波源，实、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷，A是挡板，B是小孔，经过一段时间，水面上的波形发生明显衍射的区域是()A．阴影Ⅰ区域 B．阴影Ⅱ、Ⅲ区域C．阴影Ⅰ、Ⅱ区域 D．无明显衍射区域规律方法(1)波的衍射是不需要条件的，但要发生明显的衍射必须满足一定的条件。(2)波长比小孔(或障碍物)尺寸大得越多，衍射现象越明显。〖课堂达标〗1．以下关于波的认识，错误的是()A．潜水艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理B．隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊吸波材料，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的的C．雷达的工作原理是利用波的直线传播D．水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象2．下列现象属于波的衍射现象的是()A．在空旷的山谷里喊叫，可以听到回声 B．只闻其声，不见其人C．余音绕梁，三日而不绝 D．夏日的雷声有时轰鸣不绝3．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，才能出现衍射现象D．只有波才有衍射现象4．两列不同频率的水波通过相同的小孔形成的衍射图样如图所示，由图可知，两列波的波长和频率的大小关系是()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λ1＝3λ2，那么波在这两种介质中的频率之比和波速之比分别为()A．3∶1,1∶1 B．1∶3,1∶4C．1∶1,3∶1 D．1∶1,1∶3

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁〖知识梳理〗知识点一返回来平面法线等于传播方向折射知识点二障碍物狭缝直线阴影区绕到相差不多比波长更小一切波特有〖要点剖析〗例1〖解析〗(1)由f＝eq\f(v,λ)得f＝eq\f(340,1)Hz＝340Hz。因波的频率不变，则在海水中的波速为v海＝λf＝4.5×340m/s＝1530m/s。(2)入射声波和反射声波用时相同，则海水深为s＝v海eq\f(t,2)＝1530×eq\f(0.5,2)m＝382.5m。(3)物体与声音运动的过程示意图如图所示。设听到回声的时间为t，则v物t＋v海t＝2s。代入数据解得t＝0.498s。〖答案〗(1)3401530(2)382.5m(3)0.498s例2〖解析〗(1)声波在介质Ⅰ中传播时，由v＝λf得f＝eq\f(v1,λ1)＝eq\f(340,0.2)Hz＝1700Hz，由于声波在不同介质中传播时，频率不变，所以声波在介质Ⅱ中传播时，频率为1700Hz。(2)由v＝λf得声波在介质Ⅱ中的传播速度为v2＝λ2f＝0.6×1700m/s＝1020m/s。〖答案〗(1)1700Hz(2)1020m/s例3〖解析〗水波在传播过程中遇到了小孔B，与水波波长相比，小孔B的尺寸比较小，所以能发生明显的衍射现象，水面上的波能明显进入阴影Ⅱ、Ⅲ区域；但与水波波长相比，A挡板的尺寸较大，不能发生明显的衍射现象，所以水面上波分布于除阴影Ⅰ以外区域，故A、C、D错误，B正确。〖答案〗B〖课堂达标〗1.〖答案〗C〖解析〗声呐、雷达都是利用接收反射波来进行定位的，故A正确，C错误；隐形飞机是通过减少波的反射达到隐形的目的的，故B正确；水波的传播方向发生改变属于波的折射现象，故D正确。2.〖答案〗B〖解析〗空旷的山谷里叫喊，可以听到回声，这是声波的反射现象，故A错误；波遇到障碍物或小孔后继续传播的现象叫做波的衍射，“只闻其声，不见其人”是声波的衍射现象，故B正确；“余音绕梁，三日而不绝”，是声波的反射，故C错误；雷声有时轰鸣不绝，也是声波的反射，故D错误。3.〖答案〗D〖解析〗波绕过障碍物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的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，所以A、B、C项错误。衍射现象是波的特有的现象，所以D项正