人教版（2019）选择性必修第一册 3.3 波的反射、折射和衍射 课件(共49张PPT)

(共49张PPT)
第三章 机械波
第3节 波的反射、折射和衍射
01
波 的 反 射
机 械 波
北京天坛回音壁
【生活化引入】
海市蜃楼
【生活化引入】
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？
课堂引入
反射线与法线的夹角 叫做反射角。
入射角 ：
入射线与法线的夹角 叫做入射角。
反射角 ：
法线
分界面
反射定律：
（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，反射角等于入射角。
（2）反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同．
（3）波遇到两种介质界面时，总存在反射．
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。
一、波的反射
思考1：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。
02
波 的 折 射
机 械 波
界面
介质I
介质II
折射角r：
折射波的波线与两介质界面法线的夹角r叫做折射角。
法线
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
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。
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
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
思考2：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．
03
波 的 衍 射
机 械 波
【看图，猜一个成语】
“隔墙有耳”这一成语中蕴含着物理学中“波的衍射”这一原理
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
1.定义：波绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。
三、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
水波槽实验：
发波水槽
毛玻璃屏幕
反射镜
电动机的振动
起波器
研究
λ
d
？
明显衍射
波长λ一定的水波通过宽度d不同的狭缝后的衍射图样
d > λ
d < λ
d ≈λ
明显
明显
不明显
λ
λ
λ
d
d
d
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
2、发生明显衍射的条件
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。
1、比波长大能发生明显衍射吗？
2、能说成是发生衍射现象的条件吗？
思考：
注意：
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。
思考3：操场上的喇叭正在播放音乐，有高音也有低音。走到离操场不远的教学大楼后面，听到喇叭播放的音乐声有所减弱。是高音还是低音减弱得明显一些？为什么？
例2：下列现象不属于波的明显衍射现象的是（　 　）
A．“隔墙有耳”
B．“空山不见人，但闻人语声”
C．河中芦苇后面没有留下无波的区域
D．池中假山前有水波，假山后无水波
D
例3：如图所示是不同频率的水波通过相同的小孔所能到达区域的示意图， ______ 情况中水波的频率最大；_______ 情况中水波的频率最小。
B
A
C
C
A
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，能观察到的更明显衍射现象
例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)之间的距离表示一个波长，则对于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是(　　)
　ABC
04
典 型 例 题
机 械 波
1．声波是一种机械波，在空气中传播速度约为340 m/s，人能听到的声波频率在20 Hz到20000 Hz之间，对于波长为34 m的声波，下列说法正确的是（　　）
A．在水中它比波长为20 m的声波传播得更快一些
B．不能产生衍射现象
C．它不能被人听到
D．不能产生反射现象
C
随堂练习
2、如图所示，S为波源，MN为两块挡板，其中M固定，N板可上下移动，两板中间有一块缝，此时测得A点没有发生振动，为了使A点能振动起来，可采取的方法是（ ）
A、增大波源的频率
B、减小波源的频率
C、将N板上移一些
D、将N板下移一些
BC
3．如图所示，在水槽中放两块挡板，挡板中间留一个狭缝，观察水波经过狭缝后的传播情况。已知水波的波长不变，但狭缝的宽度不同，甲图狭缝较宽，乙图狭缝较窄。下列说法正确的是（　　）
A．机械波经过狭缝后均沿直线传播
B．甲图狭缝宽度比波长大得较多，衍射现象比较明显
C．乙图狭缝宽度跟波长相差不大，衍射现象比较明显
D．甲、乙两图中波的衍射现象均不明显
C
4. 如图所示，正中心O点是水面上一波源，实、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷，A是挡板，B是小孔，经过一段时间，水面上的波形将分布于 (　　)
A.整个区域 B.阴影Ⅰ以外的区域
C.阴影Ⅱ以外的区域 D.阴影Ⅲ以外的区域
解析　由题图中可直观看出，半波长为实虚两圆半径之差，且可看出挡板A的尺寸比波长大得多，而小孔B的大小与波长长度差不多。根据波发生明显衍射的条件知，该波在挡板A处的衍射现象很不明显，即可认为波沿直线传播，故Ⅰ区内水面无波形，故选项A、C、D错误；该波的波长与小孔B的大小差不多，能够发生明显的衍射，故在阴影区Ⅲ、Ⅱ之内明显存在衍射波的波形，故选项B正确。
B
5．一列简谐横波在t=0.6s时的波形图如图甲所示，此时P、Q两质点的位移相等，波上x=15m处的质点A的振动图象如图乙所示，则以下说法正确的是（　　）
A．这列波沿x轴正方向传播
B．这列波的波速为0.06m/s
C．从t=0.6s时刻开始，质点P比质点Q早回到平衡位置
D．若该波在传播过程中遇到一个尺寸为15m的障碍物，这列波不能发生明显衍射现象
ACD
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
小结
03
波的多解性
机 械 波
【问题探究】
图中实线为t＝0时刻的波形图，虚线为t＝0.1 s时刻的波形图。据此能否判定波的传播方向？
1.波的传播方向的双向性
(1)波的传播方向不确定。
(2)质点振动方向不确定。
2.由于波的周期性造成多解
(1)时间的周期性:时间间隔Δt与周期T的关系不明确。
(2)空间的周期性:波的传播距离Δx与波长λ的关系不明确
三、波的多解性
例6 图中的实线是一列正弦波在某一时刻的波形图。经过0.5 s 后，其波形如图中虚线所示。设该波的周期 T 大于 0.5 s。
（1）如果波是向左传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？
（2）如果波是向右传播的，波的速度是多大？波的周期是多大？
（2）如果波是向左传播，则 ，由 得v ＝ 0.36 m/s
解：（1）如果波是向左传播，则 ，由 得v ＝ 0.12 m/s
波的周期为
波的周期为
波在时间上和空间上的周期性,造成了重复性,波动问题一般具有多解性。
P
Q
例7 如图所示，沿波的传播方向上有两个相距为 1m 的质点 P 和 Q，当 P 达到负最大位移处时, Q 正好处于平衡位置且向上运动。那么这列波的波长可能为多少
Q
04
典 型 例 题
机 械 波
1．一列沿x轴正向传播，周期为2.0s的简谐横波，某时刻的波形如图所示，比较介质中的三个质点a、b、c，则（　　）
A．此刻质点a的振幅最大
B．经过2s质点b沿x轴正向移动8m
C．此刻质点c的振动方向为y轴正方向
D．经过0.50s，机械波沿x轴传播距离为2m
D
随堂练习
2．一列简谐横波沿x轴正方向传播，在t=0时刻的波形图如图所示。已知波速为0.4m/s，且波刚传到c点。下列选项中说法错误的是（ ）
A．波源的振动周期为0.4s
B．t=0时，质点c沿y轴正方向运动
C．质点a比质点b先回到平衡位置
D．t=0.1s时，质点a的加速度比质点b的加速度小
AC
随堂练习
3．如图为一列沿x轴正方向传播的简谐横波在某时刻的波形，图中A、B、C、D四个质点的位移大小相等．关于这列波的描述 ,下列说法正确的是（　　）
A．C比D先回到平衡位置
B．波源起振方向向上
C．A、B两点速度相同
D．B、C两点加速度相同
A
随堂练习
4．质点O振动形成的简谐横波沿x轴方向传播，t=0时刻的波形图如图甲所示，在x=4m处的质点P的振动图象如图乙所示，则（　　）
A．该波的频率为0.25Hz
B．该波的传播速度为200m/s
C．该波沿x轴负向传播
D．经过0.1s质点P沿x轴负向传播20m
BC
随堂练习
5．如图甲所示是一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图，P是参与波动的、离原点x1=2m处的质点，Q是参与波动的、离原点x2=4m处的质点.图乙是在波的传播方向上某质点的振动图象（波的传播方向上所有质点的计时起点相同）.由图可知（ ）
A．从t=0到t=6s，质点Q通过的路程为12m
B．从t=0到t=6s，质点P通过的路程为0.6m
C．这列波的传播速度为v0=2m/s
D．从t=0起，P质点比质点Q晚1s到达波峰
BCD
随堂练习
6．一列沿着x轴负方向传播的简谐横波，在t=0时刻的波形如图甲所示，图甲中某质点的振动图像如图乙所示，下列说法正确的是（　 　）
A．图乙表示质点L的振动图像
B．该波的波速为0.5m/s
C．t=8s时质点M的位移为0
D．在4s内K质点所经过的路程为3.2 m
BD
随堂练习
7．两列波速相同的简谐横波在同一介质中沿x轴相向传播，实线波的频率为3Hz，振幅为10cm，虚线波的振幅为5cm。t=0时，两列波在如图所示区域内相遇，则（　　）
A．两列波在相遇区域内会发生干涉现象
B．实线波和虚线波的频率之比为3：2
C．实线波和虚线波的波长之比为3：2
D．t=1/6s时，x=9cm的质点实际振动方向向上
BD
随堂练习
谢谢