【学霸笔记：同步精讲】20 第三章 3．波的反射、折射和衍射 课件--高中人教版物理选择性必修第一册（江苏专版）

(共56张PPT)
现代文阅读Ⅰ
把握共性之“新”　打通应考之“脉”
第三章　机械波
3．波的反射、折射和衍射
[学习目标]　1．知道波的反射、折射和衍射现象，知道明显衍射的条件。2．理解波的反射定律和折射定律并能进行简单计算。3．经历探究波的明显的衍射现象的条件。4．利用波的几种现象实例培养观察、分析和归纳的习惯，培养学习物理的兴趣。
必备知识·自主预习储备
知识点一　波的反射
1．反射现象：波遇到介质界面(如水波遇到挡板)时会返回原介质继续传播的现象。
2．反射规律：反射线、法线与入射线在同一____内，反射线与入射线分居____两侧，反射角____入射角。
平面
法线
等于
思考　反射波的波长、频率、波速与入射波的相关量相同吗？
提示：相同。
体验1．思考辨析(正确的打√，错误的打×)
(1)入射波的入射线与界面的夹角叫入射角。 (　　)
(2)入射波的波长和反射波的波长相等。 (　　)
×
√
知识点二　波的折射
1．波的折射：光从一种介质进入另一种介质时会发生折射，同样，一切波都会发生____现象。
2．水波的折射：水波在____不同的水域传播时，在交界处将发生____。
折射
深度
折射
思考　波的折射现象中，波在两种介质中的波长、频率、波速相同吗？
提示：频率相同，波长、波速发生变化。
体验2．思考辨析(正确的打√，错误的打×)
(1)一切波都能发生反射，但不一定发生折射。 (　　)
(2)在波的折射现象中波速是不变的。 (　　)
×
×
知识点三　波的衍射
1．波的衍射现象：波绕过______继续传播的现象。
2．条件：发生明显的衍射的条件，障碍物或狭缝的尺寸跟____相差不多，或者比波长更小。
3．普遍性：一切波都能发生____，衍射是波特有的现象。
障碍物
波长
衍射
思考　在水波的衍射现象中，波在通过障碍物(或小孔)前后的频率、波速、波长相同吗？
提示：频率、波长、波速相同。
体验3．思考辨析(正确的打√，错误的打×)
(1)“隔墙有耳”指的是声波的衍射现象。 (　　)
(2)狭缝的宽度远大于水波的波长时，有明显的衍射现象。 (　　)
(3)一切波遇到障碍物都会发生衍射现象。 (　　)
√
×
√
关键能力·情境探究达成
我们在山中、在大的空房间里大声说话时，都会听到回声，这属于波的什么现象？
提示：波的反射现象。
考点1　波的反射和折射
1．波的反射和折射中物理量变化
项目 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
2．对波的三点说明
(1)频率( f )由波源决定：故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率相等，即都与波源的振动频率相同。
(2)波速(v)由介质决定：故反射波与入射波在同一介质中传播，波速不变，折射波与入射波在不同介质中传播，波速变化。
(3)据v＝λf知，波长λ与波速和频率有关。反射波与入射波，频率同、波速同，故波长相同，折射波与入射波在不同介质中传播，频率同，波速不同，故波长不同。
【典例1】　听者A、声源B和障碍物C在一条直线上，如图所示。声源在听者和障碍物之间，距听者12 m，距障碍物24 m，若听者能将先后两次发声区别开的时间间隔是0.1 s。试通过计算，说明听者能否把原声和回声区别开来？(已知声音在空气中的传播速度为
344 m/s)
[解析]　声音到达A的时间：
t1＝＝ s。
声音先到达障碍物C，然后到达A的时间：
t2＝＝ s＝ s。
时间差：Δt＝t2－t1＝ s≈0.14 s＞0.1 s，所以听者能把原声和回声区别开来。
[答案]　可以把原声和回声区别开来
规律方法　波的反射应用技巧——回声测距
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定律的，可用反射定律作图后再求解。
(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几何图形，然后利用几何知识结合物理规律进行解题。
[跟进训练]
1．当一个探险者进入一个山谷后，为了估测出山谷的宽度，他吼一声后，经过0.5 s听到右边山坡反射回来的声音，又经过1.5 s后听到左边山坡反射回来的声音，若声速为340 m/s，则这个山谷的宽度约为(　　)
A．170 m B．340 m
C．425 m D．680 m
√
C　[右边的声波从发出到反射回来所用时间为t1＝0.5 s，左边的声波从发出到反射回来所用的时间为t2＝2 s，山谷的宽度为d＝v·＝425 m，故C正确，A、B、D错误。]
考点2　波的衍射
1．波的衍射的条件：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的衍射的条件。
2．波的衍射的实质：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。
【典例2】　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，则对于波经过孔之后的传播情况，下列描述不正确的是(　　)
A．此时能发生明显的衍射现象
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，能更明显地观察到衍射现象
√
D　[从题图中可以看出，孔的大小与波长相差不多，故能够发生明显的衍射现象，A正确；由于在同一均匀介质中，波的传播速度没有变化，又因为波的频率是一定的，又根据λ＝可得波长λ没有变化，B正确；当将孔扩大后，孔的宽度和波长有可能不满足发生明显的衍射的条件，C正确；如果孔的大小不变，使波源频率增大，则波长减小，孔的宽度将比波长大，孔的宽度和波长有可能不满足发生明显的衍射现象的条件，D错误。]
规律方法　衍射现象的两点提醒
(1)障碍物的尺寸与波长大小的关系不是发生衍射的条件，而是发生明显的衍射的条件，波长越大越易发生明显的衍射现象。
(2)当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射。
[跟进训练]
2．如图所示，S为在水面上振动的波源，M、N为水面上的两块挡板，其中N板可以移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水没有振动。为使A处水也能发生振动，可采用的方法是(　　)
A．使波源的频率增大
B．使波源的传播的波速减小
C．移动N使狭缝的距离增大
D．移动N使狭缝的距离减小
√
D　[要使A处水发生振动，应使波的衍射现象更明显，而波能发生明显的衍射的条件是狭缝的宽度跟波长相差不多或者比波长更小，因此可将狭缝变小，或将波长变大，而减小波源的频率可以使波长变大，故D正确。]
学习效果·随堂评估自测
1．关于波的反射与折射，下列说法正确的是(　　)
A．入射波的波长一定等于反射波的波长，其频率不变
B．入射波的波长一定小于反射波的波长，其频率不变
C．入射波的波长一定大于折射波的波长，其频率不变
D．入射波的波长一定小于折射波的波长，其频率不变
√
A　[入射波与反射波在同种介质中波速相同，频率由波源决定，频率相同，由v＝λf知波长相同，选项A正确，B错误；因不知介质情况，入射波与折射波波长无法比较，选项C、D错误。]
2．关于波的衍射现象，下列说法不正确的是(　　)
A．当孔的尺寸比波长大时，一定不会发生衍射现象
B．只有孔的尺寸与波长相差不多时，或者比波长还小时才会观察到明显的衍射现象
C．只有波才有衍射现象
D．衍射是波特有的现象
√
A　[当孔的尺寸比波长大时，会发生衍射现象，只不过不明显，只有当孔、缝或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才会发生明显的衍射现象，切不可把此条件用来判断波是否发生了衍射现象，故只有A不正确。]
3．以下关于波的认识，哪些是不正确的？(　　)
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．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
√
C　[声呐探测水中的物体，利用了波的反射现象，故A正确；隐形飞机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，所以隐形飞机可能在机身表面涂有高效吸收电磁波的物质，使用吸收雷达电磁波的材料，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，很难被发现，故B正确；雷达发射电磁波，然后根据被障碍物返回的电磁波判断，故利用波的反射，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，故D正确。]
4．(新情境题，以医学“B超”检测为背景考查反射和折射现象)“B超”可用于探测人体内脏的病变状况。如图所示是超声波从肝脏表面入射，经折射与反射，最后从肝脏表面射出的示意图。超声波在进入肝脏发生折射时遵循的规律与光的折射规律类似，可表述为＝(式中θ1是入射角，θ2是折射角，v1、v2分别是超声波在肝外和肝内的传播速度)，超声波在肿瘤表面发生反射时遵循的规律与光的反射规律相同。已知v2＝0.9v1，入射点与出射点之间的距离是d，入射角是i，肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行。
问：肿瘤离肝表面的深度h为多少？
[解析]　超声波沿如图所示的路线传播，根据＝，又因为v2＝0.9v1，所以sin θ＝0.9sin i。又因为在直角三角形中，sin θ＝，所以h＝。
[答案]　
回归本节知识，自我完成以下问题：
1．波在两种介质的界面处能否同时发生折射和反射现象？
提示：能。
2．在波的反射和折射现象中频率是否发生变化？
提示：不变。
3．明显的衍射现象的条件是什么？
提示：波长大于障碍物或小孔的尺寸(或相差不多)。
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
1．下列现象或事实属于衍射现象的是(　　)
A．风从窗户吹进来
B．雪堆积在背风的屋后
C．水波前进方向上遇到凸出在水面上的小石块，小石块对波的传播没有影响
D．晚上看到水中月亮的倒影
课时分层作业(十三)　波的反射、折射和衍射
√
C　[波可以绕过障碍物继续传播的现象称为波的衍射。C与衍射现象相符。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
2．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
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
D　[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，故选项A、B错误；波发生折射时，频率不变，波速变，波长变，故选项C错误，选项D正确。]
题号
1
3
5
2
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3．人耳只能区分相差0.1 s以上的两个声音，人要能听到自己讲话的回声，离障碍物的距离至少要大于(v声＝340 m/s)(　　)
A．34 m B．17 m
C．100 m D．170 m
√
题号
1
3
5
2
4
6
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7
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10
B　[声波在空气中传播的速度为340 m/s，因此2s＝v声t，s＝＝17 m，选项B正确。]
4．关于波的折射现象，下列说法正确的是(　　)
A．一切波都能发生折射现象
B．发生折射时，波的传播方向一定会发生改变
C．不是所有的波都能发生折射
D．波发生折射时，波长、频率和波速都会发生变化
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
A　[当波从一种介质传播到另一种介质时，一切波都能发生折射，故A正确，C错误；波传播方向跟两种介质界面垂直时，传播方向不变，故B错误；波从一种介质传播进入另一种介质时，频率不变，波速发生变化，而波长λ＝，随着波速变化而变化，故D错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
5．如图所示，P为桥墩，A为靠近桥墩浮在水面的叶片，波源S连续振动，形成水波，此时叶片A静止不动。为使水波能带动叶片振动，可用的方法是(　　)
A．增加波源距桥墩的距离
B．减小波源距桥墩的距离
C．提高波源的振动频率
D．降低波源的振动频率
√
题号
1
3
5
2
4
6
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7
9
10
D　[为使水波能带动叶片振动，则要使得水波发生明显的衍射，根据发生明显的衍射的条件可知，增加或减小波源距桥墩的距离，都不可行，选项A、B错误；S振动时，水波中的质点上下振动，形成的波向前传播，提高波源的振动频率，波的频率增大，根据λ＝知，波速不变，频率增大时，波长减小，衍射现象不明显，反之，降低频率，波长增大，衍射现象更明显，故C错误，D正确。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
6．一列波在第一种均匀介质中的波长为λ1，在第二种均匀介质中的波长为λ2，且λ1＝3λ2，那么波在这两种介质中的频率之比和波速之比分别为(　　)
A．3∶1，1∶1　 B．1∶3，1∶4
C．1∶1，3∶1　 D．1∶1，1∶3
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
C　[同一列波频率不变，由v＝λf知，＝＝，故C选项正确。]
7．已知声波在空气中传播速度为340 m/s。在两悬崖A、B之间距A为85 m处的P点鸣枪，听到最初两声回音时间间隔Δt＝0.5 s，则两悬崖间距离为(　　)
A．85 m B．170 m
C．255 m D．340 m
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
C　[设两悬崖A、B间距离为L，P点距A为x1＝85 m。声音由P点经A反射回到P点所用时间t1＝＝0.5 s，声音由P点经B反射回到P所用时间t2＝，而且有t2－t1＝0.5 s，故t2＝1 s，则x2＝vt2＝170 m，两悬崖间距离为L＝x1＋x2＝255 m，故C正确。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
8．如图所示是水波遇到小孔或障碍物后的图像，图中每两条实线间的距离表示一个波长，其中正确的图像是(　　)
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
D　[根据发生明显的衍射的条件，即当波的波长与小孔或障碍物的尺寸相当，或大于小孔和障碍物的尺寸时，会发生明显的衍射；波遇到小孔发生明显的衍射时，小孔处相当于新的波源，可知选项A、B的衍射图像都错误，故A、B错误；波遇到与波长差不多尺寸的障碍物后，能“绕过”障碍物继续向前传播，故D正确，C错误。]
题号
1
3
5
2
4
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8
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9
10
9．如图所示，图中O点是水面上的一个波源，其周围的实线、虚线分别表示该时刻水波的波峰、波谷，A是挡板，B是小孔，经过一段时间，水面上的区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中，哪些区域有波形分布？
题号
1
3
5
2
4
6
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7
9
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[解析]　从题图中可以看出挡板A的宽度比波长大得多，因此波不会绕过挡板A；小孔B的大小与波长差不多，能发生明显的衍射现象，故水面上的波形将分布于阴影Ⅰ以外的区域。
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
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[答案]　区域Ⅱ、Ⅲ有波形分布
10．蝙蝠有完善的发射和接收超声波的器官，一只蝙蝠以 6.0 m/s的速度垂直向墙飞行，且发出f＝4.5×104 Hz的超声波，并经0.01 s接收到回声。若声速是340 m/s，则蝙蝠发射超声波时离墙的距离及蝙蝠所发出的超声波的波长是多少？(结果保留三位有效数字)
题号
1
3
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7
9
10
[解析]　蝙蝠发射超声波时离墙的距离
s＝(v＋v′)t＝×(340＋6)×0.01 m＝1.73 m，
由v＝λf得蝙蝠所发出的超声波的波长
λ＝＝ m≈7.56×10-3 m。
题号
1
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[答案]　1.73 m　7.56×10-3 m
谢 谢！