资源简介

(共35张PPT)
3　波的反射、折射和衍射
素养 目标定位
目标素养
1.知道波的反射和波的反射规律,知道波的折射和波的折射规律,形成正确的物理观念
2.通过用射线解释反射、折射现象,认识波动中建构物理模型的方法
3.知道什么是衍射现象,掌握发生明显衍射现象的条件,培养科学思维能力
知识概览
课前 基础认知
一、波的反射和折射
1.当水波遇到挡板时会发生反射。
2.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。
微思考1 大雪过后的户外,明明有人活动,却为什么感觉万籁俱寂
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,仅有少部分声波的能量能通过小气孔反射回来,而大部分的能量则被吸收掉了,自然就感觉很安静了。
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,波传播的方向 发生偏折的现象叫作波的折射。
2.一切波都会发生 折射 现象。
微判断 1.潜水员能听到岸上人的喊声,是声波反射的结果。
(　　)
2.声波发生折射时频率发生变化。(　　)
3.声波发生折射时波速和波长都发生变化。(　　)
×
×
√
三、波的衍射
1.定义:波可以　绕过障碍物　继续传播,这种现象叫作波的衍射。
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。
3.一切波都能发生　衍射　,　衍射　是波特有的现象。
微思考2 日常生活中“闻其声而不见其人”的物理现象的原因是什么
提示:声波的波长比较长,容易发生衍射,能绕过一般的障碍物,而可见光波长很短,不容易发生衍射现象,故生活中常有听到人的声音而看不到人。
课堂 重难突破
一 波的反射和折射的理解及应用
问题探究
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,听得比较清楚。探究出现这种现象的原因。
白天声音的传播路径
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。由于折射导致声波的传播方向向上弯曲。夜晚地面温度较低,声速随离地面高度的增加而增大,由于折射导致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。
夜晚声音的传播路径
归纳总结
1.波向前传播,在两种介质的界面上同时发生了反射现象和折射现象,如图所示,一些物理量相应地发生变化,比较如下。
比较项 波的反射 波的折射
传播方向 改变,i=i' 改变,r≠i
频率f 不变 不变
波速v 不变 改变
波长λ 不变 改变
2.折射的原因:波在两种介质的界面上发生折射的原因是波在不同介质中的速度不同。
3.波的反射和折射中各物理量发生或不发生变化的原因。
(1)波的频率是由波源决定的,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。
(2)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。
(3)由v=λf知,波长是由频率和波速共同决定的。在波的反射中,由于波的频率和波速均不变,根据公式 可知波长不变。在波的折射中,当进入新的介质中波速增大时,由 可知波长变长;反之变短。
(4)水波的传播速度与水深有关,水越浅,水波的传播速度越小。
4.波的反射的应用。
(1)回声测距:
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
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
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
(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捕食目标的位置,从而确定飞行或游动方向的。
典型例题
【例1】 一列声波在介质Ⅰ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,如图所示,若介质Ⅰ中的声速为340 m/s。
(1)求该声波在介质Ⅱ中传播时的频率。
(2)求该声波在介质Ⅱ中传播的速度大小。
(3)若另一种声波在介质Ⅱ中的传播速度为1 400 m/s,按图中的方向从介质Ⅰ传入介质Ⅱ中,求它在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的频率之比。
答案:(1)1 700 Hz　(2)1 020 m/s　(3)1∶1
规律总结 回声测距的方法技巧 利用回声测距是波的反射的一个重要应用,它的特点是声源正对障碍物,声源发出的声波与回声在同一条直线上传播。 1.若是一般情况下的反射,反射波和入射波是遵从反射规律的,可用反射规律作图后再求解。 2.利用回声测距时,要特别注意声源是否运动,若声源运动,声源发出的原声至障碍物再返回至声源的这段时间与声源的运动时间相同。 3.解决波的反射问题,关键是根据物理情境规范作出运动图像,然后利用数学知识结合物理规律进行解题。
二 波的衍射现象
问题探究
探究1:我们学过成语“隔墙有耳”,也知道“空山不见人,但闻人语响”的诗句,请探究其中蕴含着的物理原理。
提示:声波发生了衍射现象。
探究2:波都可以发生衍射现象,为什么障碍物后面会留下清晰的影子
提示:光波被障碍物遮挡不能进入“阴影区”。
提示:不能。只是人耳所听声音波长范围为0.017~17 m,较长;而人眼所能看到的可见光波长的范围为400~760 nm,很短,所以声波很容易绕过障碍物,发生明显衍射现象,被人耳接收到,而可见光波长太短,一般的障碍物都比光波波长大很多,不容易发生明显衍射进入“阴影区”。
探究3:上面实例是否说明声波能发生衍射现象而光波不能发生衍射现象
归纳总结
1.关于衍射的条件。
应该说衍射是没有条件的,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.波的衍射实质分析。
波传到小孔(障碍物)时,小孔(障碍物)仿佛是一个新波源,由它发出的与原来同频率的波在小孔(障碍物)后传播,就偏离了直线方向。波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况。
3.衍射现象与观察的矛盾。
当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出,但由于衍射波的能量很弱,衍射现象不容易观察到。
典型例题
【例2】 观察水波衍射的实验装置如图所示。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(　　)
A.图中孔AB的尺寸太大,不能观察到水波明显的衍射现象
B.如果将孔AB扩大,有可能观察不到明显的衍射现象
C.挡板前相邻两波纹间的距离小于挡板后相邻两波纹间的距离
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:B
解析:图中孔的尺寸与波长差不多,能观察到波明显的衍射现象,选项A错误。孔的尺寸比波长小或与波长差不多才能观察到明显的衍射现象,图中孔的尺寸与波长差不多,如果将孔AB扩大,有可能观察不到明显的衍射现象,选项B正确。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,选项C错误。波速由介质决定,故波速不变,由v=λf可知,若使波源频率增大,则波长变小,如果孔的大小不变,则衍射现象变得更加不明显,选项D错误。
成 果 验 收 站
1.(多选)下列哪些现象是由声音的反射形成的(　　)
A.夏天下雨时,我们总是先看到闪电,后听到雷声
B.北京天坛的回音壁的回音现象
C.同样的声音在房间里比在旷野里听起来响亮些
D.在火车站候车大厅中,我们有时听不清播音员的声音
答案:BCD
解析:先看到闪电,后听到雷声是由于光比声音传播速度快,不是声音的反射,选项A错误。选项B、C、D中现象都是由声音的反射形成的,选项B、C、D正确。
2.(多选)以下关于波的认识,正确的是(　　)
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有特殊吸波材料,是为了减少波的反射,从而达到隐形的目的
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
答案:ABD
解析:声呐、雷达都是利用接收反射波来进行定位的,选项A正确,C错误。D选项中水波的传播方向发生改变属于波的折射现象,选项D正确。隐形飞机通过减少波的反射达到隐形的目的,选项B正确。
3.有一障碍物的尺寸为10 m,下列哪列波在遇到它时衍射现象最明显(　　)
A.波长为4 m的机械波
B.波长为10 m的机械波
C.频率为100 Hz的声波
D.频率为5 000 MHz的电磁波(波速为3×108 m/s)
答案:B
解析:空气中声波波速大约为340 m/s,由 可算出频率为100 Hz的声波的波长为3.4 m;同理可算出频率为5 000 MHz的电磁波的波长为0.06 m。选项B中波长与障碍物尺寸相同,衍射现象最明显。选项B正确。
4.各图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(①②图)或障碍物(③④图),每两条相邻曲线(图中曲线)之间的距离表示一个波长,其中能发生明显衍射现象的有(　　)
A.③④ B.②④ C.①③ D.①②
答案:B
解析:一列水波在传播过程中遇到了小孔(①②图),相比而言②图的孔洞的尺寸比①图小,且②的波长与小孔的尺寸差不多,所以②图能比①图发生更明显的衍射;一列水波在传播过程中遇到了障碍物(③④图),相比而言④图的障碍物的尺寸比③图小,且④图的波长大于障碍物的尺寸,所以④图能发生明显的衍射。故选项 B正确。

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