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第三章 机械波
第三节 机械波的传播现象
水波绕过障碍
水波遇到石头、树、船等障碍物时会绕过继续向前传播。同学们平时有见过这些现象吗？为什么会出现这种现象呢？
观察与思考
定义：水波在遇到小障碍物或者小孔时，能绕过障碍物或穿过小孔继续向前传播，我们把这种现象叫作波的衍射。
一、机械波的衍射与惠更斯原理
问题一：衍射是如何发生的？
实验一：保持水波的波长不变，改变窄缝的宽度
结论：波长一定，减小窄缝的宽度，能观察到明显的衍射现象。
窄缝的正后方
水波区
向外扩张
一、机械波的衍射与惠更斯原理
机械波衍射的条件
实验二：保持窄缝的宽度不变，改变水波的波长
结论:缝宽一定，波长越接近窄缝的宽度，水波的衍射现象越明显。
一、机械波的衍射与惠更斯原理
机械波衍射的条件
一、机械波的衍射与惠更斯原理
机械波衍射的条件：进一步实验表明，当缝、孔的宽度或者障碍物的尺寸跟波长相近或者比波长更小时，能观察到明显的衍射现象。
不只是机械波，一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象。
（尺寸 ≤ 波长）
声波的衍射
光的衍射
一、机械波的衍射与惠更斯原理
（2）不见其人，但闻其声。
鹿柴
作者：王维
空山不见人，但闻人语响。
返景入深林，复照青苔上。
（1）隔墙有耳。
在我们班课室里，能听到其他班老师上课的声音。
机械波衍射的生活应用
练习1.一列波在传播过程中通过一个障碍物，发生了一定程度的衍射，一定能使衍射现象更明显的措施是(　　)
A．增大障碍物尺寸，同时增大波的频率
B．增大障碍物尺寸，同时减小波的频率
C．缩小障碍物尺寸，同时增大波的频率
D．缩小障碍物尺寸，同时减小波的频率
分析：发生明显衍射的条件是障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多，所以缩小障碍物的尺寸可以使衍射明显。又因为v＝λ/f，当波速一定时，减小频率则波长增大，所以选D.
D
2.在水波槽里放两块挡板，中间留一窄缝，已知窄缝的宽度为0.5 cm，所用水波的波长为5 cm，则下图所示的衍射图样中正确的是(　　)
分析：窄缝宽度0.5 cm明显小于水波波长5 cm，符合发生明显衍射的条件，且水波是以水中“某点”为中心的弧线，故只有选项C正确．
C
3. (多选)如图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，下列描述中正确的是(　　 )
A．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
分析：观察题图可知道孔的尺寸与波长差不多，能观察到波明显的衍射现象，故选项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，故选项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，故选项C对；若f增大，由λ＝v/f，知λ变小，衍射现象变得不明显了，故选项D错．
ABC
机械波衍射的原理猜想
我们知道，波动的起源是波源的振动，波动的传播是由于介质中质点之间的相互作用，介质中任何一点的振动将直接引起邻近各点的振动，因而在波动中任何一点都可看作新的波源。
从各类实验中我们发现，若水面上有一任意波动传播，当波遇到一个很小的孔时，穿过小孔的圆形的波，与原来波的形状无关，这说明小孔可以看作新的波源.
一、机械波的衍射与惠更斯原理
问题二：如何解释衍射现象？
一、机械波的衍射与惠更斯原理
问题二：如何解释衍射现象？
惠更斯原理：
介质中波动传到的各点都可以看做是发射子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包络就形成新的波面。适用于任何波动过程。
小孔可看作一个新的波源
惠更斯原理中的基本概念
波面：振动情况相同的点组成的面叫做波面
一、机械波的衍射与惠更斯原理
理解惠更斯原理
（1）波动传到的任意一点都可看作是子波源
（2）所有子波源各自同时向外发出子波
（3）各个子波所形成的包络，就是新波面
注意：惠更斯原理对任何波动过程都是适用的，但这一原理不能解释波的强度

子波源

一、机械波的衍射与惠更斯原理
利用惠更斯原理解释衍射现象
假设有水波从左向右传播，而后波动传到狭缝处
子波源
向障碍后传播
一、机械波的衍射与惠更斯原理
二、机械波的反射和折射
问题三：光有反射和折射（光是电磁波），那机械波是否具有反射和折射呢？
当机械波在传播过程中从一种介质进入另一种不同介质时，机械波会同时发生反射和折射现象.
实验三：将两根不同的弹簧连接，产生一列机械波在连接的两根弹簧上传播.观察机械波的传播
二、机械波的反射和折射
机械波在两种介质界面形成的反射和折射现象
波速慢介质
波速慢介质
波速快介质
波速快介质
二、机械波的反射和折射
入射波分裂为反射波和折射波的演示
二、机械波的反射和折射
水波“透镜”形成的折射波实验照片
水波的入射波和反射波
水波形成的反射波和折射波图形
普遍地，若一列机械波从一种介质入射到另一种介质的界面上时，波的一部分发生反射，另一部分会发生折射，继续传播.
二、机械波的反射和折射
那么反射波和折射波会满足什么规律呢？
①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入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居法线两侧。

二、机械波的反射和折射
那么反射波和折射波会满足什么规律呢？

入射波
折射波
介质1
介质2
介质1
介质2
二、机械波的反射和折射
那么反射波和折射波会满足什么规律呢？
蝙蝠利用了声波的反射来感知昆虫位置
渔船利用了声呐搜索鱼群
二、机械波的反射和折射
机械波反射和折射的生活应用
由于墙壁、地面、天花板对声波的多次反射
4. (多选)关于波的反射和折射，下列说法正确的是(　　)
A．在空旷的山谷里叫喊，可以听到回音，这是声波的反射现象
B．地震波在向上传播的过程中，传播速度发生了改变，则同时发生了折射
C．波的传播方向发生了改变，一定是发生了折射
D．波的传播方向发生了改变，一定是发生了反射
分析：在空旷的山谷里叫喊，可以听到回音，这是声波的反射现象，A正确；地震波在向上传播的过程中，传播速度发生了改变，则传播的介质发生了变化，一定同时伴随波的折射现象，B正确；波的传播方向发生了改变，可能是发生了折射，也可能是发生了反射，C、D错误。
AB
5.图中1、2、3分别代表入射线、反射线、折射线,则（ ）
A．2与1对应的波的波长、频率相等，波速不等
B．2与1对应的波的波速、频率相等，波长不等
C．3与1对应的波的波速、频率、波长均相等
D．3与1对应的波的频率相等，波速、波长均不等
分析：1、2对应的波都在介质a中传播，故1、2对应的波的频率、波速、波长均相等，A、B错误；1、3对应的波是在两种不同的介质中传播，波速不同，但波源相同，因而频率相同，由λ＝v/f得波长不同，故C错误，D正确。
D
练习6.一列声波在空气中的波长为0.2 m．当该声波从空气中以某一角度传入介质Ⅱ中时，波长变为0.6 m，如图5所示，若空气中的声速是340 m/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；
(3)若声波垂直进入介质Ⅱ，经0.4 s返回空气，则介质Ⅱ的深度为多少？

小结
机械波的传播现象（1）
一、机械波的衍射与惠更斯原理
（1）衍射：机械波能绕过障碍物或穿过小孔继续向前传播
（2）重要结论：当缝、孔的宽度或者障碍物的尺寸跟波长相近或者比波长更小时，能观察到明显的衍射现象
二、机械波的反射和折射
（1）当机械波在传播过程中从一种介质进入另一种不同介质时，机械波会同时发生反射和折射现象
（2）折射波的波速和波长会改变
谢谢

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