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第一章 动量守恒定律
3.3波的反射、折射和衍射
人教版（2019）高中物理选择性必修第一册
新课导入
1
新课讲解
3
学习目标
2
经典例题
4
课堂练习
5
本课小结
6
目录
北京天坛回音壁
我们知道，声音在传播过程中，遇到障碍物时会发生反射。对着远处的峭壁大喊一声会听到回声，就是声波在峭壁上反射的结果。生活中，你是否注意过水波的反射？波的反射应该遵从什么规律？
学习目标
1. 通过实验认识波的反射和折射现象。
2. 通过用射线解释反射、折射现象，认识波动中构建物理模型的方法。
3. 知道波的衍射现象和波产生明显衍射现象的条件。
一、波的反射
1.波的反射
波在传播过程中遇到障碍物会返回来继续传播的现象，叫波的反射。
2.入射线和反射线
①入射线：代表波的入射方向的射线。
②反射线：代表波的反射方向的射线。
法线
分界面
3.波的反射规律：
（1）反射线、法线和入射线在同一平面内，反射线和入射线分居法线两侧，反射角等于入射角。
（2）反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同。
（3）波遇到两种介质界面时，总存在反射。
一、波的反射
2．回声是声波的反射现象．
对着山崖或高墙说话，声波传到山崖或高墙时，会被反射回来继续传播．
1．夏日的雷声轰鸣不绝．
声波在云层界面多次反射．
3．在空房间里讲话感觉声音响．
声波在普通房间里遇到墙壁，地面，天花板发生反射时，由于距离近，原声与回声几乎同时到达人耳．人耳只能分开相差0.1s以上的声音．所以，在房间里听不到回声，人在房间里讲话感觉声音比在野外大，而普通房间里的慢帐、地毯、衣物等会吸收声波，会影响室内的声响效果．
思考：如图所示，一场大雪过后，人们会感到外面万籁俱静．这是怎么回事？难道是人的活动减少了吗？
提示：刚下过的雪是新鲜蓬松的，它的表面层有许多小气孔．当外界的声波传入这些小气孔时便要发生反射．由于气孔往往是内部大而口径小．所以，仅有少部分波的能量能通过口径反射回来，而大部分的能量则被吸收掉了．所以不是人的活动减少了。
二、波的折射
1.波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生偏折的现象叫作波的折射．
2.特点：波的频率不改变，波速和波长都发生了改变，入射角与折射角之间满足折射定律。
界面
介质I
介质II
法线
二、波的折射
3.折射定律：
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．入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比。
1.当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线。
2.当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线。
3.当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例。
4.在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变。
波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同
回声测距
(1)当声源不动时,声波遇到了静止障碍物会返回来继续传播,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 。
(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) 。
(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s=(v声-v) 。
二、波的折射
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。
二、波的折射
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,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。
波反射和折射时的物理量变化
二、波的折射
波现象 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
波的反射、折射现象中各物理量的变化
二、波的衍射
1.定义:波可以绕过障碍物而继续传播的现象叫作波的衍射。
思考发生明显衍射现象的条件是什么？
【提示】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,才能发生明显的衍射现象。
取一个不透光的屏，在它的中间装上一个可以调节的狭缝，在缝后适当距离放一个像屏，用平行的单色光照射。
调节狭缝的宽窄，如果能在光屏上观察到比狭缝的宽度管得多的亮区，就证明了光的衍射现象的存在。
二、波的衍射
2. 发生明显衍射的条件：
障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长差不多．
3. 关于衍射的两点说明
(1)衍射始终存在，只是有的衍射明显，有的衍射不明显．
(2)衍射和干涉都是波的特有现象，一切波都能发生干涉和衍射．
二、波的衍射
典例分析
例1：关于波的衍射．下列说法正确的是 ( )
A．衍射是一切波的特性
B．波长跟孔的宽度差不多时，能发生明显的衍射现象
C．波长比孔的宽度小得越多，衍射现象越不明显
D波长比孔的宽度大得越多，衍射现象越不明显
ABC
典例分析
例2：下列关于波的衍射的说法正确的是 ( )
A．衍射是一切波特有的现象
B.对同一列波，缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长小时，衍射现象明显
C．只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象 D．声波容易发生衍射现象是由于声波波长较大
答案 ：A、B、D
解析： 衍射是一切波特有的现象，所以选项A对c错；发生明显的衍射现象是有务件的，只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象，所以选项B是正确的；声波的波长在1．7 cm到17 m之问，一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比，正是由于声波波长较大，声波容易发生衍射现象，所以选项D也是正确的。
典例分析
例3：甲、乙两人分乘两只船在湖中钓鱼，两船相距24 m，有一列水波在湖面上传播，使每只船每分钟上下浮动 10次。当甲船位于波峰时，乙船位于波谷，这时两船之间还有一个波峰，则此水波的波长为多少 波速为多少 若此波在传播过程中遇到一根竖立的电线杆，是否会发生明显的衍射现象
答案：16m. 8/3m/s 会发生
典例分析
典例分析
例4：如图所示是观察水面波衍射现象的实验装置，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，则波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是(　　)
A．此时能明显观察到波的衍射现象
B．挡板前后波纹间距离相等
C．如果孔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，能更明显的观察到衍射现象
【答案】A、B、C
【解析】根据能有明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多。从图中可看出孔AB的尺寸小于一个波长，所以此时能明显地观察到波的衍射现象，A正确；因为穿过挡板小孔后的波速不变，频率相同，所以波长也相同，B正确；若将孔AB扩大，将可能不满足明显衍射现象的条件，就有可能观察不到明显的衍射现象，C正确；若将波源频率增大，由于波速不变，所以波长变小，将可能不满足明显衍射现象的条件，也有可能观察不到明显的衍射现象，D错误。
课堂练习
1. 如图所示，P为桥墩，A为靠近桥墩浮在水面的叶片，波源S
连续振动，形成水波，此时叶片A静止不动。为使水波能带动叶
片振动，可用的方法是（　　）
A.提高波源频率
B.降低波源频率
C.增大波源距桥墩的距离
D.减小波源距桥墩的距离
B
解析：波的频率与振动的频率相等，波速不变，根据λ=v/f 知，频率增大时波长减小，衍射现象不明显，反之降低频率，波长增大，衍射现象明显，故B正确。
2.已知空气中的声速为340 m/s。现有几种声波：
①周期为 s；②频率为104 Hz；③波长为10 m。
它们传播时若遇到宽约为13 m的障碍物，能产生明显衍射现象的是（ )　　
A.①和② B.②和③ C.①和③ D.都可以
C
解析：①声波的波长λ1=vT=340 × m=17m ，障碍物的宽约13 m，能产生明显的衍射现象；②声波的波长 ，不能产生明显的衍射现象；③波长为10 m的声波，能产生明显的衍射现象。故C正确。
课堂练习
3.在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN，墙的一侧O点有一个正在
播放男女声合唱歌曲的声源。某人从图中A点走到墙后的B点，在此过
程中，如果从声波的衍射来考虑，则会听到 （　　）
A.声音变响亮，男声比女声更响 B.声音变响亮，女声比男声更响
C.声音变弱，男声比女声更弱 D.声音变弱，女声比男声更弱
解析： 由于MN很高大，所以衍射现象比较弱；由于女声音调更高，波长更小，所以衍射更不明显。
D
课堂练习
4. 在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动的频率是5 Hz，水波在水波槽中的传播速度是0.05 m/s，为观察到显著的衍射现象，小孔直径d应为(　　)
A．10 cm B．5 m
C．d>1 cm D．d<1 cm
答案：D　
解析：本题考查波发生明显衍射的条件，一般直接比较孔的直径d与水波波长λ的关系即可，当d<λ时肯定发生明显的衍射，由题知水波的波长λ＝＝ m＝0.01 m＝1 cm.即孔径d应与1 cm相当或比它还小．
课堂练习
课堂小结
波的反射
规律 ：1．入射波波线反射波波线和法线在同一平面内．
２．反射角等于入射角．
　
定义：波遇障碍物返回继续传播叫波的反射。
规律：
定义：波从一种介质射入另一种介质时，传播方向会发生改变，这种现象叫波的折射。
波的折射
１．入射波波线折射波波线和法线在同一平面内．
２．
波的衍射
定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象
规律：波能偏离直线而传播到直线传播以外的空间
感谢观看
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