3.3波的反射、折射和衍射 課件高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊

第三章

機械波第3節(jié)

波的反射、折射和衍射

目錄主題(二)波的折射主題(三)波的衍射主題(一)波的反射第3節(jié)

波的反射、折射和衍射

我們知道，聲音在傳播過程中，遇到障礙物時會發(fā)生反射。對著遠處的峭壁大喊一聲會聽到回聲，就是聲波在峭壁上反射的結(jié)果。新課引入：各種波在傳播過程中能發(fā)生哪些現(xiàn)象呢？

白光從空氣傳播到三棱錐的玻璃中時會發(fā)生傳播方向改變，并被分解為七種顏色的現(xiàn)象。這就是光波的折射現(xiàn)象

說話的時候墻背后的同學(xué)可以聽到你們的談話，這個現(xiàn)象說明聲波還能繞過障礙物繼續(xù)傳播。這就是波的衍射現(xiàn)象第一部分波的反射2.規(guī)律：波遇到障礙物返回繼續(xù)傳播的現(xiàn)象法線平面一、波的反射1.定義：（同初中光的反射）①反射波的λ、f、v跟入射波相同。②波遇到兩種介質(zhì)界面一定有反射。注意：3.應(yīng)用：①回聲:聲波的反射現(xiàn)象人耳只能分開相差0.1s以上的聲音.②夏日的雷聲轟鳴不絕聲波在云層界面多次反射．①入、法、反三線共面②入、反分居法線兩側(cè)③入射角等于反射角介質(zhì)I介質(zhì)II③一場大雪過后，人們會感到外面萬籟俱寂一、波的反射3.應(yīng)用：①回聲:聲波的反射現(xiàn)象②夏日的雷聲轟鳴不絕【分析】剛下過的雪是新鮮蓬松的，它的表面層有許多小氣孔．當(dāng)外界的聲波傳入這些小氣孔時便要發(fā)生反射．由于氣孔往往是內(nèi)部大而口徑?。裕瑑H有少部分波的能量能通過口徑反射回來，而大部分的能量則被吸收掉了．所以不是人的活動減少了。③一場大雪過后，人們會感到外面萬籟俱寂一、波的反射3.應(yīng)用：①回聲:聲波的反射現(xiàn)象②夏日的雷聲轟鳴不絕④為了贊美一個人的歌聲，有了“余音繞梁，三日不絕”這個成語。請解讀其中的科學(xué)知識。這是聲波的反射，當(dāng)然這里運用了夸張的表達手法。⑤回聲測距⑤回聲測距(1)當(dāng)聲源不動時,聲波遇到了靜止障礙物會返回來繼續(xù)傳播,由于反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播速度相同,因此,入射波和反射波在傳播距離一樣的情況下,用的時間相等,設(shè)經(jīng)過時間t聽到回聲,則聲源距障礙物的距離為s=

(2)當(dāng)聲源以速度v向靜止的障礙物運動或障礙物以速度v向靜止的聲源運動時,聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為s=(3)當(dāng)聲源以速度v遠離靜止的障礙物或障礙物以速度v遠離靜止的聲源時,聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離s=

一、波的反射3.應(yīng)用：

蝙蝠在飛行時，會發(fā)出一種尖叫聲，這是一種超聲波信號，是人類無法聽到的，因為它的音頻很高。這些超聲波的信號若在飛行路線上碰到其他物體，就會立刻反射回來，在接收到返回的信息之后，蝙蝠于振翅之間就完成了聽、看、計算與繞開障礙物的全部過程。一、波的反射⑤回聲測距3.應(yīng)用：第二部分波的折射波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，波傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。二、波的折射1.定義:（同初中光的折射）波折射的原因就是：波在不同介質(zhì)中的速度不同。2.規(guī)律:法線平面介質(zhì)I介質(zhì)II①入、法、折三線共面②入、折分居法線兩側(cè)③入射角正弦正比反射角正弦折射角（r）思考1：波的入射角折射角的正弦為什么和速度成正比呢？常數(shù)n=

介質(zhì)I介質(zhì)II顯然：tOA=tOCir思考1：波的入射角與折射角的正弦為什么和速度成正比呢？ACBDOO則：tAB=tCD=Δt

irxAB=vIIΔtxCD=vIΔt

=n波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，波傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。二、波的折射1.定義:（同初中光的折射）2.規(guī)律:注意：法線平面介質(zhì)I介質(zhì)II③入射角正弦正比反射角正弦常數(shù)n=

(2)當(dāng)入射速度大于折射速度時，折射角折向法線。(3)當(dāng)入射速度小于折射速度時，折射角折離法線。(4)當(dāng)垂直界面入射時，傳播方向不改變。(5)折射時，波頻率不變，波速和波長都發(fā)生改變。(1)折射的原因：是波在不同介質(zhì)中的速度不同.思考：如圖所示，駱駝隊白天在沙漠中行走時，隊伍后面的喊聲，隊伍前面往往聽不到，而夜晚就不同，聽的比較清楚，這是什么原因？提示：白天近地面的氣溫較高，聲速較大，聲速隨離地面高度的增加而減小.導(dǎo)致聲音傳播方向向上彎曲；夜晚地面溫度較低，聲速隨離地面高度的增加而增加，聲波的傳播方向向下彎曲，這也是在夜晚聲波傳播得比較遠的原因．二、波的折射1.定義:2.規(guī)律:3.應(yīng)用:第三部分波的衍射衍射----延展射出之意波的衍射--延展到“影子”區(qū)域里射出的現(xiàn)象。思考2:波為什么能繞過障礙物、孔縫陰影繼續(xù)傳播呢？衍射現(xiàn)象明顯衍射現(xiàn)象不明顯結(jié)論：孔縫尺寸跟波長差不多時衍射比較明顯λλ思考3:波長λ相等的水波通過不同孔、縫對比有什么不同？d/d衍射現(xiàn)象明顯衍射現(xiàn)象不明顯λλd/d結(jié)論：孔縫尺寸跟波長差不多時衍射比較明顯思考3:波長λ相等的水波通過不同孔、縫對比有什么不同？λ1=0.3dλ2=0.5dλ3=0.7d明顯思考3：在狹縫d一定，不同波長的水波衍射會有什么結(jié)果？結(jié)論：孔縫尺寸跟波長越接近時衍射比較明顯陰影區(qū)陰影區(qū)波源1.定義:三、波的衍射波繞過障礙物或孔、縫的陰影區(qū)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。障礙物或孔、縫的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小2.明顯衍射條件:注意:①衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都會產(chǎn)生衍射。②衍射必然存在，只有明顯與不明顯的差別。③一般情況下，波長較大的波容易產(chǎn)生明顯的衍射。三、波的衍射3.應(yīng)用:解釋：大山或各種高大建筑物為什么沒有阻擋我們接收各種無線廣播的信號呢？無線電波波長較長(0.3cm—3000m)，可以跨過大山或各種高大建筑物繼續(xù)傳播解釋：樹枝為什么沒有阻擋陽光使得樹好像是空心的？日暈---光波的衍射思考：生活中光波和聲波誰更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象？三、波的衍射3.應(yīng)用:聲波波長：1.7cm—17m

觀察光波繞過樹枝繼續(xù)傳播01波的反射02波長折射03波的衍射波從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時，傳播方向會發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫波的折射。

波遇障礙物返回續(xù)傳播叫波的反射。1．入射波波線反射波波線和法線在同一平面內(nèi)．２．反射角等于入射角。波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。課堂小結(jié)【典例1】（多選）下列說法正確的是（）A．衍射是一切波特有的現(xiàn)象B．對同一列波，障礙物或孔越小衍射越明顯C．聽到回聲是聲波的衍射現(xiàn)象D．聽到墻外人的說話聲是衍射現(xiàn)象典例分析ABD課堂練習(xí)【典例2】如圖所示1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線，則(

)A．2與1的波長、頻率相等，波速不等B．2與1的波速、頻率相等，波長不等C．3與1的波速、頻率、波長均相等D．3與1的頻率相等，波速、波長均不等D課堂練習(xí)【典例3】如圖所示，在水槽中放兩塊擋板，擋板中間留一個狹縫，觀察水波經(jīng)過狹縫后的傳播情況。已知水波的波長不變，但狹縫的寬度不同，甲圖狹縫較寬，乙圖狹縫較窄。下列說法正確的是（）A．機械波經(jīng)過狹縫后均沿直線傳播B．甲圖狹縫寬度比波長大得較多，衍射現(xiàn)象比較明顯C．乙圖狹縫寬度跟波長相差不大，衍射現(xiàn)象比較明顯D．甲、乙兩圖中波的衍射現(xiàn)象均不明顯C課堂練習(xí)【典例4】（多選）如圖所示，S為波源，MN為兩塊擋板，其中M固定，N板可上下移動，兩板中間有一塊縫，此時測得A點沒有發(fā)生振動，為了使A點能振動起來，可采取的方法是（）A.增大波源的頻率B.減小波源的頻率C.將N板上移一些D.將N板下移一些BC課堂練習(xí)【典例5】如圖所示，正中心O點是水面上一波源，實、虛線分別表示該時刻的波峰、波谷，A是擋板，B是小孔，經(jīng)過一段時間，水面上的波形將分布于(

)A.整個區(qū)域

B.陰影Ⅰ以外的區(qū)域C.陰影Ⅱ以外的區(qū)域

D.陰影Ⅲ以外的區(qū)域B課堂練習(xí)【典例6】(多選)以下關(guān)于波的認(rèn)識，哪些是正確的(

)A．潛艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況，用的是波的反射原理B．隱形飛機怪異的外形及表面涂特殊隱形物質(zhì)，是為了減少波的反射，從而達到隱形的目的C．雷達的工作原理是利用波的折射D．水波從深水區(qū)傳到淺水區(qū)改變傳播方向的現(xiàn)象，是波的折射現(xiàn)象

ABD課堂練習(xí)【典例7】隨著我國經(jīng)濟的快速增長，旅游業(yè)迅速發(fā)展，其中回歸大自然的濱海游、生態(tài)游等休閑度假游，備受人們的喜愛。如圖所示，一艘汽船以4m/s的速度在無風(fēng)河面上航行，船上發(fā)出一聲鳴笛，旅客在3s后聽到前方懸崖反射回來的聲音，則懸崖離汽船原來位置的距離為(已知聲速為340m/s) (

)A．258m

B．340mC．516m

D．680mC課堂練習(xí)【典例8】(多選)如圖是觀察水面波的衍射現(xiàn)象的實驗裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是—個孔，O是波源，圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間距離表示一個波長。則波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列描述中正確的是(

)A．此時能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象B．擋板前后波紋間距離相等C．如果將孔AB擴大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象D．如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象ABC課堂練習(xí)【典例9】如圖所示各圖分別表示一列水波在傳播過程中遇到了小孔(①、②圖)或障礙物(③、④圖)，其中能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的有