3.3 波的反射、折射和衍射（导学案） 人教版选择性必修第一册)（有解析）
文档属性
| 名称 | 3.3 波的反射、折射和衍射（导学案） 人教版选择性必修第一册)（有解析） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 681.5KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-09-02 11:41:59 | ||
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文档简介
3.3波的反射、折射和衍射
1.了解波的反射现象，知道波的反射定律，并学会利用反射定律解释生活中的的相关现象。
2.知道什么是波的衍射，理解发生明显衍射现象的条件
3.知道波传播到两种介质的交界面时，会同时产生反射和折射现象。
【重点】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。
【难点】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量与不变量。
【课前自主学习】
知识前置
波的反射
1．波的反射：波遇到障碍物____________继续传播，这种现象叫做波的反射。
2．入射角（i）和反射角（i’）：入射波的波线与_________的夹角i叫做入射角。反射波的波线与___________的夹角i’ 叫做反射角。
波的折射
1．波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的_________________的现象叫做波的折射。
2．折射角（r）：折射波的波线与_________________的夹角r叫做折射角。
波的衍射
1、概念：波在传播过程中偏离直线路径，_________障碍物的后面继续传播的现象。
2、发生明显衍射现象的条件：障碍物（或孔）的尺寸与波长 _________ ，或比波长_________。
对相同的障碍物，波长越_________，衍射现象越明显。
二、新知学习
1.想一想：
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？
蝙蝠在飞行的时候，喉内能够产生超声波，超声波通过口腔发射出来。当超声波遇到昆虫或障碍物而反射回来时，蝙蝠能够用耳朵接受，并能判断探测目标是昆虫还是障碍物，以及距离它有多远。人们通常把蝙蝠的这种探测目标的方式，叫做“回声定位”。
蝙蝠的回声定位
回声探测设备是最早的一类水下声学仪器，这种设备得到了广泛地应用。所有这样的设备都有一个共同的特点：它们都利用一组发射换能器在水下发射声波，使声波沿海水介质传播，直到碰到目标后再被反射回来，反射回来的声波被接收换能器接收。然后再由声纳员或计算机处理收到的信号，进而确定目标的参数和类型。
回声探测仪
在发波水槽一端有一平板振动发生器，振动发生器在水槽中能够产生水波。在水槽中斜向放置一个挡板，观察水波在传播过程中发生的现象。
一、研究机械波的反射规律
定义：__________。
现象：__________。
特点：__________。
反射定律：在波的反射中，入射角为入射波的______与界面法线的夹角；反射角为反射波的波线与_________的夹角；反射角_________入射角；反射波的波长、频率和波速都与入射波相同。
1．实验探究：观察波的反射现象
2．分析论证：研究机械波的反射规律
3．反射规律：
（1）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_____入射角。
（2）反射波的波长、频率、波速都跟入射波__________。
（3）波遇到两种介质界面时，总存在反射
研究机械波的折射规律
定义：__________。
现象：__________。
特点：__________。
1．折射定律：__________。
2．折射的两种情况：如图所示。
（1）当入射角度______折射角度时，折射角折向法线。
（2）当入射角度______折射角度时，折射角折离法线。
（3）当垂直界面入射时，___________不改变，属折射中的特例。
实验探究观察波的折射现象：
分析论证用惠更斯原理研究机械波的折射规律：
折射规律：
（1）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：
（2）当入射速度大于折射速度时，折射角_________法线；当入射速度小于折射速度时，折射角_________法线。
（3）在波的折射中，波的频率_________，波速和波长_______________。
（4）波发生折射的原因：_______________________________________________。
思考：当垂直界面入射时，传播方向会不会发生改变？
研究机械波的衍射规律
定义：__________。
发生明显衍射的条件：__________。
关于衍射的两点说明：__________。
实验探究观察波的衍射现象：
说明:__________。
结论：__________。
1.(多选)下列属于波的衍射现象的是( )
A.隔墙有耳
B.空山不见人,但闻人语响
C.余音绕梁,三日而不绝
D.夏日雷声轰鸣不绝
2.(单选）以下关于波的认识,不正确的是( )
A.潜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特殊隐形物质,是为了减少波的反射,从而达到隐形的目的
C.超声雷达的工作原理是利用波的折射
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
3.(单选)下列现象中属于波的衍射的是（ ）
A．敲响一个音叉，另一个完全相同的音叉也响了起来
B．挂在同一水平绳上的几个单摆，当一个振动后，另外几个也跟着一起振动起来
C．敲响一个音叉，并使音叉慢慢转动，听到音叉忽轻忽响的声音
D．水波向前传播时，遇到突出水面的小树枝不会受影响地继续向前传播
4．（多选）如图所示是观察水面波衍射的实验装置，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）之间距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是（ ）
A．此时能观察到明显的波的衍射现象
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
5.甲、乙两人分乘两只小船在湖中钓鱼，两船相距24m。有一列水波在湖面上传播，使每只船每分钟上下浮动20次，当甲船位于波峰时，乙船位于波谷，这时两船之间还有5个波峰。
(1)此水波的波长为多少？波速为多少？
(2)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？
(3)若该波经过一跨度为30m的桥洞，桥墩直径为3m，桥墩处能否看到明显衍射？
(4)若该桥为一3m宽的涵洞，洞后能否发生明显衍射？
参考答案
1.【答案】AB
【解析】“余音绕梁,三日而不绝”和“夏日雷声轰鸣不绝”主要是由声音的反射引起的,不属于波的衍射现象。“隔墙有耳”和“空山不见人,但闻人语响”属于波的衍射现象。
2.【答案】 C
【解析】 声呐探测水中的暗礁、潜艇等,利用了波的反射原理,A正确。隐形飞机隐形的原理是:通过降低飞机的声、光、电等可探测特征量,使雷达等防空探测器无法早期发现。可在隐形飞机机身表面涂高效吸收电磁波的物质,或使用吸收雷达电磁波的材料,这样在雷达屏幕上显示的反射信息很小、
很弱,隐形飞机很难被发现,B正确。超声雷达发射超声波,然后根据被障碍物反射回的波判断状况,
利用波的反射,C错误。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,D确。
3.【答案】A
【解析】A．d点是波峰与波谷相遇，振动减弱，振幅为零，故保持静止，故A正确；
BCD．b点是波峰与波峰相遇，c点是波谷与波谷相遇，它们均属于振动加强点，由于振幅是5 cm，则b点相对平衡位置高10 cm，而c点是波谷与波谷相遇，则c点相对平衡位置低10 cm，所以b、c两点的竖直高度差为20 cm，故BCD错误；E．a点位于加强点的连线上，仍为加强点，E错误。
故选A。
4.【答案】D
【解析】A．敲响一个音叉，另一个完全相同的音叉又响起来，这种现象是共振现象，故A错误；
B．挂在同一个水平绳上的几个单摆，当一个振动后，另几个也跟着一起振动，这种现象是受迫振动，故B错误；
C．敲响一个音叉，并使音叉慢慢转动，听到音叉忽轻忽响的声音，这是声波的干涉，故C错误；
D．水波向前传播时，遇到突出水面的小树枝不受影响地继续向前传播，属于衍射现象，故D正确。
故选D。
5.【答案】ABC
【解析】A．由题图可知，孔的尺寸与水波的波长差不多，故此时能观察到明显的波的衍射现象，A正确；
B．波通过孔后，波速、频率、波长不变，则挡板前后波纹间的距离相等，B正确；
C．如果将孔AB扩大，若孔的尺寸远大于水波的波长，可能观察不到明显的衍射现象，C正确；
D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，因为波速不变，根据λ = 知，波长减小，可能观察不到明显的衍射现象，D错误。
故选ABC。
6.【答案】(1)m； m/s；(2)会；(3)能；(4)能
【解析】 (1)由题意知，周期T=s=3s
设波长为λ，则5λ＋=24m 得λ==m 由得v=m/s=m/s
(2)由于λ=m，大于竖立电线杆的直径，所以此波通过竖立的电线杆时会发生明显的衍射现象；
(3)(4)由于λ=m>3m，所以此波无论是通过直径为3m的桥墩，还是通过宽为3m的涵洞，都能发生明显的衍射现象。
1.了解波的反射现象，知道波的反射定律，并学会利用反射定律解释生活中的的相关现象。
2.知道什么是波的衍射，理解发生明显衍射现象的条件
3.知道波传播到两种介质的交界面时，会同时产生反射和折射现象。
【重点】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。
【难点】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量与不变量。
【课前自主学习】
知识前置
波的反射
1．波的反射：波遇到障碍物____________继续传播，这种现象叫做波的反射。
2．入射角（i）和反射角（i’）：入射波的波线与_________的夹角i叫做入射角。反射波的波线与___________的夹角i’ 叫做反射角。
波的折射
1．波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的_________________的现象叫做波的折射。
2．折射角（r）：折射波的波线与_________________的夹角r叫做折射角。
波的衍射
1、概念：波在传播过程中偏离直线路径，_________障碍物的后面继续传播的现象。
2、发生明显衍射现象的条件：障碍物（或孔）的尺寸与波长 _________ ，或比波长_________。
对相同的障碍物，波长越_________，衍射现象越明显。
二、新知学习
1.想一想：
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？
蝙蝠在飞行的时候，喉内能够产生超声波，超声波通过口腔发射出来。当超声波遇到昆虫或障碍物而反射回来时，蝙蝠能够用耳朵接受，并能判断探测目标是昆虫还是障碍物，以及距离它有多远。人们通常把蝙蝠的这种探测目标的方式，叫做“回声定位”。
蝙蝠的回声定位
回声探测设备是最早的一类水下声学仪器，这种设备得到了广泛地应用。所有这样的设备都有一个共同的特点：它们都利用一组发射换能器在水下发射声波，使声波沿海水介质传播，直到碰到目标后再被反射回来，反射回来的声波被接收换能器接收。然后再由声纳员或计算机处理收到的信号，进而确定目标的参数和类型。
回声探测仪
在发波水槽一端有一平板振动发生器，振动发生器在水槽中能够产生水波。在水槽中斜向放置一个挡板，观察水波在传播过程中发生的现象。
一、研究机械波的反射规律
定义：__________。
现象：__________。
特点：__________。
反射定律：在波的反射中，入射角为入射波的______与界面法线的夹角；反射角为反射波的波线与_________的夹角；反射角_________入射角；反射波的波长、频率和波速都与入射波相同。
1．实验探究：观察波的反射现象
2．分析论证：研究机械波的反射规律
3．反射规律：
（1）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_____入射角。
（2）反射波的波长、频率、波速都跟入射波__________。
（3）波遇到两种介质界面时，总存在反射
研究机械波的折射规律
定义：__________。
现象：__________。
特点：__________。
1．折射定律：__________。
2．折射的两种情况：如图所示。
（1）当入射角度______折射角度时，折射角折向法线。
（2）当入射角度______折射角度时，折射角折离法线。
（3）当垂直界面入射时，___________不改变，属折射中的特例。
实验探究观察波的折射现象：
分析论证用惠更斯原理研究机械波的折射规律：
折射规律：
（1）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：
（2）当入射速度大于折射速度时，折射角_________法线；当入射速度小于折射速度时，折射角_________法线。
（3）在波的折射中，波的频率_________，波速和波长_______________。
（4）波发生折射的原因：_______________________________________________。
思考：当垂直界面入射时，传播方向会不会发生改变？
研究机械波的衍射规律
定义：__________。
发生明显衍射的条件：__________。
关于衍射的两点说明：__________。
实验探究观察波的衍射现象：
说明:__________。
结论：__________。
1.(多选)下列属于波的衍射现象的是( )
A.隔墙有耳
B.空山不见人,但闻人语响
C.余音绕梁,三日而不绝
D.夏日雷声轰鸣不绝
2.(单选）以下关于波的认识,不正确的是( )
A.潜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特殊隐形物质,是为了减少波的反射,从而达到隐形的目的
C.超声雷达的工作原理是利用波的折射
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
3.(单选)下列现象中属于波的衍射的是（ ）
A．敲响一个音叉，另一个完全相同的音叉也响了起来
B．挂在同一水平绳上的几个单摆，当一个振动后，另外几个也跟着一起振动起来
C．敲响一个音叉，并使音叉慢慢转动，听到音叉忽轻忽响的声音
D．水波向前传播时，遇到突出水面的小树枝不会受影响地继续向前传播
4．（多选）如图所示是观察水面波衍射的实验装置，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）之间距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是（ ）
A．此时能观察到明显的波的衍射现象
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
5.甲、乙两人分乘两只小船在湖中钓鱼，两船相距24m。有一列水波在湖面上传播，使每只船每分钟上下浮动20次，当甲船位于波峰时，乙船位于波谷，这时两船之间还有5个波峰。
(1)此水波的波长为多少？波速为多少？
(2)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？
(3)若该波经过一跨度为30m的桥洞，桥墩直径为3m，桥墩处能否看到明显衍射？
(4)若该桥为一3m宽的涵洞，洞后能否发生明显衍射？
参考答案
1.【答案】AB
【解析】“余音绕梁,三日而不绝”和“夏日雷声轰鸣不绝”主要是由声音的反射引起的,不属于波的衍射现象。“隔墙有耳”和“空山不见人,但闻人语响”属于波的衍射现象。
2.【答案】 C
【解析】 声呐探测水中的暗礁、潜艇等,利用了波的反射原理,A正确。隐形飞机隐形的原理是:通过降低飞机的声、光、电等可探测特征量,使雷达等防空探测器无法早期发现。可在隐形飞机机身表面涂高效吸收电磁波的物质,或使用吸收雷达电磁波的材料,这样在雷达屏幕上显示的反射信息很小、
很弱,隐形飞机很难被发现,B正确。超声雷达发射超声波,然后根据被障碍物反射回的波判断状况,
利用波的反射,C错误。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,D确。
3.【答案】A
【解析】A．d点是波峰与波谷相遇，振动减弱，振幅为零，故保持静止，故A正确；
BCD．b点是波峰与波峰相遇，c点是波谷与波谷相遇，它们均属于振动加强点，由于振幅是5 cm，则b点相对平衡位置高10 cm，而c点是波谷与波谷相遇，则c点相对平衡位置低10 cm，所以b、c两点的竖直高度差为20 cm，故BCD错误；E．a点位于加强点的连线上，仍为加强点，E错误。
故选A。
4.【答案】D
【解析】A．敲响一个音叉，另一个完全相同的音叉又响起来，这种现象是共振现象，故A错误；
B．挂在同一个水平绳上的几个单摆，当一个振动后，另几个也跟着一起振动，这种现象是受迫振动，故B错误；
C．敲响一个音叉，并使音叉慢慢转动，听到音叉忽轻忽响的声音，这是声波的干涉，故C错误；
D．水波向前传播时，遇到突出水面的小树枝不受影响地继续向前传播，属于衍射现象，故D正确。
故选D。
5.【答案】ABC
【解析】A．由题图可知，孔的尺寸与水波的波长差不多，故此时能观察到明显的波的衍射现象，A正确；
B．波通过孔后，波速、频率、波长不变，则挡板前后波纹间的距离相等，B正确；
C．如果将孔AB扩大，若孔的尺寸远大于水波的波长，可能观察不到明显的衍射现象，C正确；
D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，因为波速不变，根据λ = 知，波长减小，可能观察不到明显的衍射现象，D错误。
故选ABC。
6.【答案】(1)m； m/s；(2)会；(3)能；(4)能
【解析】 (1)由题意知，周期T=s=3s
设波长为λ，则5λ＋=24m 得λ==m 由得v=m/s=m/s
(2)由于λ=m，大于竖立电线杆的直径，所以此波通过竖立的电线杆时会发生明显的衍射现象；
(3)(4)由于λ=m>3m，所以此波无论是通过直径为3m的桥墩，还是通过宽为3m的涵洞，都能发生明显的衍射现象。