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第三章 机械波
物理选择性必修第一册 人教版2019
第三节
波的反射、折射和衍射
学习目标
01
02
03
04
物理观念
知道波的反射、折射、衍射等现象形成的条件。
科学思维
通过生活实例的分析以及观察演示实验，理解波的反射、折射、衍射本质。
科学探究
探究产生明显衍射现象的研究，使学生养成良好的思维习惯。
科学态度与责任
要勇于探索生活中的物理现象，勤于思考，体会物理知识在生活中的重要性。
重点难点
教学重点
教学难点
波的反射、折射现象及折射率的计算；波的衍射，以及波产生明显衍射现象的条件。
构建物理模型，能够画出反射、折射的示意图，知道不同物理现象对应物理量中的变化。
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。
课堂引入
波的反射
01
想一想
波的反射应该遵从什么规律？
生活中，你是否注意过水波的反射？
法线
分界面
2.反射定律：入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分居法线两侧，反射角等于入射角。
（1）反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同．
（2）波遇到两种介质界面时，总存在反射．
1.定义：当波传播到两种介质的分界面时，一部分返回来继续传播的现象。
波的反射
3.说明：
(2)回声是声波的反射现象．
(1)夏日的雷声轰鸣不绝
声波在云层界面多次反射．
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．
4.学以致用
波的反射
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？
想一想：
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。
分析
《列子.汤问》里记载：秦青顾谓其友曰：“昔韩娥东之齐，匮粮，过雍门，鬻歌假食。既去而余音绕梁欐，三日不绝，左右以其人弗去。”——传说春秋战国时代，韩国有个名叫韩娥的歌唱能手，为了赞美她的歌声，有了“余音绕梁，三日不绝”这个成语。请解读“余音绕梁，三日不绝” 中的科学知识。
是声波的反射，当然这里运用了夸张的表达手法。
5.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) 。
蝙蝠在飞行时，会发出一种尖叫声，这是一种超声波信号，是人类无法听到的，因为它的音频很高。这些超声波的信号若在飞行路线上碰到其他物体，就会立刻反射回来，在接
收到返回的信息之后，蝙蝠于振翅
之间就完成了听、看、计算与绕开
障碍物的全部过程。
平视图
俯视图
波谷
波峰
波线
（传播方向）
原始的捕鱼方法——叉鱼！
鱼叉是直的，我们看到视频里的鱼叉插进水中是弯的，正如我们看到的水中的铅笔，这就是光的折射现象。机械波会发生折射吗？
观察与思考
波的折射
02
1.定义：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生了改变的现象叫做波的折射。（同初中光的折射）
2.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．
界面
介质I
介质II
法线
波的折射
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。（第四章《光》具体介绍）
（2）当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线。
（3）当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线。
（4）当垂直界面入射时，传播方向不改变。
（5）折射时，波的频率不变，波速和波长都发生改变。
（1）折射的原因：是波在不同介质中的速度不同.
3.理解
波的折射
例1： 图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则(　　)
A.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
解析　波发生反射时，在同一种介质中运动，因此波长、波速和频率不变，A、B错误；波发生折射时，频率不变，波速变，波长变，故C错误，D正确。
答案　D
4.应用与思考：如图所示，骆驼队白天在沙漠中行走时，队伍后面的喊声，队伍前面往往听不到，而夜晚就不同，听的比较清楚，这是什么原因？
提示：白天近地面的气温较高，声速较大，声速随离地面高度的增加而减小.导致声音传播方向向上弯曲；夜晚地面温度较低，声速随离地面高度的增加而增加，声波的传播方向向下弯曲，这也是在夜晚声波传播得比较远的原因．
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
波的反射与折射对比表
波的折射
波的衍射
03
我们学过成语“隔墙有耳”，也知道“未见其人，先闻其声”的出处，你知道其中蕴含着物理原理吗？
波的衍射
在水塘里微风激起的水波遇到突出水面的小石子、芦苇等会出现什么现象？
会绕过它们继续传播，好像它们不存在一样。
1.定义：波绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。
波的衍射
障碍物
衍——延展之意
波的衍射——波延展到“影子”区域里的现象。
阴影区
阴影区
阴影区
阴影区
波源
2.水波槽实验：
波的衍射
对比两幅水波通过孔缝衍射照片，总结发生明显衍射现象的条件:
衍射现象明显
波绕过障碍物区域多
波绕过障碍物区域少
衍射现象不明显
λ
λ
d


λ

d
d
问题探究
3.实验现象：在狭缝宽度d一定，不同波长的水波的衍射
λ1= 0.3d
λ2= 0.5d
λ3= 0.7d
明显
较明显
不明显
波的衍射
实验表明：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。
4.发生明显衍射的条件：
（1）衍射是波特有的现象，一切波都会产生衍射现象。
（2）衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异。
（3）障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是发生明显衍射的条件
（4）一般情况下，波长较大的波容易产生明显的衍射现象。
波的衍射
无线电波绕过高大建筑物，声波比光波更容易发生明显衍射，主要是因为无线电波和声波的波长较长的缘故。
声波波长：1.7cm~17m
光波波长：0.4μm~0.7μm
无线电波：0.3cm~3000m
5.实际应用
波的衍射
【课外拓展】
为了追求更高质量的通讯，从2G逐渐升级到5G，波长逐渐减小为分厘米级，这会带来什么弊端吗？
典例分析
04
C
340
1 530
382.5 m.
图3-2
ABC
一、波的反射
波遇障碍物返回续传播叫波的反射。
课堂小结
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。
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。
二、波的折射
三、波的衍射
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。

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