人教版（2019）高中物理 选择性必修第一册 第3章 第3节 波的反射、折射和衍射课件
文档属性
| 名称 | 人教版（2019）高中物理 选择性必修第一册 第3章 第3节 波的反射、折射和衍射课件 |  | |
| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 3.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-09-08 14:43:00 | ||
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文档简介
第3节 波的反射、折射和衍射
核心素养
物理观念
科学思维
1.知道波传播到两种介质交界面时会发生反射、折射现象。
2.了解波的衍射现象和衍射图样，知道波发生明显衍射现象的条件。
3.知道衍射是波特有的现象。
通过发波水槽实验探究水波发生明显衍射现象的条件。
知识点一 波的反射、波的折射
1.波的反射
(1)波的反射：波传播过程中遇到介质界面会______原介质继续传播的现象。
(2)反射波的______、______、频率跟入射波的相同。
(3)波的反射定律：反射线、入射线和法线在同一平面内，反射线和入射线分别位于法线两侧，反射角______入射角。如图所示。
返回
波长
波速
等于
2.波的折射
(1)波的折射：波从一种介质______另一种介质时，波的__________发生改变的现象。
(2)波的折射中，波的______不变，波速和波长发生改变。
进入
传播方向
频率
[思考判断]
(1)波向前传播在两介质的界面上要么发生反射，要么发生折射，二者不会同时发生。( )
(2)波发生反射时波的频率不变，波速变小，波长变短。( )
(3)波发生折射时波的频率不变，但波长、波速发生变化。( )
×
×
√
[观图助学]
知识点二 波的衍射
1.定义：波可以绕过________继续传播的现象。
2.实验现象
(1)实验器材：在水槽里放两块挡板，中间留一个______。
(2)现象：狭缝宽度比波长大得多，波的传播如同光沿__________一样，在挡板后面产生“阴影区”；在狭缝宽度与波长相差不多或者狭缝宽度比波长更小时，水波可以______挡板后面继续传播。
3.发生明显衍射现象的条件
缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长__________，或者比波长______。
障碍物
直线传播
绕到
相差不多
更小
狭缝
[思考判断]
(1)一切波遇到障碍物都会发生衍射现象。( )
(2)只有当障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时，才会发生衍射现象。( )
(3)当小孔大小一定时，波的频率越大，衍射现象越明显。( )
(4)当障碍物大小一定时，波的频率越小，衍射现象越明显。( )
√
√
×
×
波的反射、折射现象中各物理量的变化
[要点归纳]
核心要点
对波的反射和折射的理解和应用
现象
比较项目
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
[试题案例]
[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
[例2] 某测量员利用回声测距，他站在两平行墙壁间某一位置鸣枪，经过1 s第一次听到回声，又经过0.5 s再次听到回声，已知声速为340 m/s，则两墙壁间的距离为多少？
解析 设测量员离较近的墙壁的距离为x，则他离较远的墙壁的距离为s－x，2x＝vt1
2(s－x)＝v(t1＋Δt)
其中Δt＝0.5 s，t1＝1 s，代入数据得s＝425 m。
答案 425 m
[针对训练1] 有一辆汽车以15 m/s的速度匀速行驶，在其正前方有一陡峭山崖，汽车鸣笛2 s后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离有多远？(v声＝340 m/s)
解析 设汽车在A点发出笛声，A点到山崖B的距离为x1，汽车运动到C点接收到笛声，设AC距离为x2，CB距离为x，因二者运动时间相同，则有
x1＝x2＋x①
x1＋x＝v声t②
x2＝v车t③
联立①②③得x＝325 m。
答案 325 m
核心要点
波的衍射现象
如图所示是一个可观察水波衍射的水波发生槽，振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播。思考下列问题：
[观察探究]
(1)水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？
(2)当水波遇到较大的障碍物时，会观察到什么现象？当障碍物较小时，会观察到什么现象？
提示 (1)水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后面的“阴影区”，小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显。
(2)当水波遇到较大的障碍物时，将会返回，当障碍物较小时，波能继续向前传播。
[探究归纳]
1.衍射是波特有的现象
(1)一切波都能发生衍射现象，只是有的明显，有的不明显。
(2)波的直线传播只是在衍射不明显时的近似。
(3)波长较长的波容易产生明显的衍射现象。
2.产生明显衍射现象的条件
只有当缝、孔的宽度或障碍物尺寸跟波长相差不大，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。
(1)障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，而是衍射现象是否明显的条件。一般情况下，波长较长的波容易产生显著的衍射现象。
(2)波传到孔或障碍物时，孔或障碍物仿佛是一个新的波源，由它发出的与原来同频率的波(称为子波)在孔或障碍物后传播，于是，就出现了偏离直线传播的衍射现象。
(3)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。
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
[试题案例]
[例3] (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( )
答案 ABC
[针对训练2] 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。
答案 B
核心素养
物理观念
科学思维
1.知道波传播到两种介质交界面时会发生反射、折射现象。
2.了解波的衍射现象和衍射图样，知道波发生明显衍射现象的条件。
3.知道衍射是波特有的现象。
通过发波水槽实验探究水波发生明显衍射现象的条件。
知识点一 波的反射、波的折射
1.波的反射
(1)波的反射：波传播过程中遇到介质界面会______原介质继续传播的现象。
(2)反射波的______、______、频率跟入射波的相同。
(3)波的反射定律：反射线、入射线和法线在同一平面内，反射线和入射线分别位于法线两侧，反射角______入射角。如图所示。
返回
波长
波速
等于
2.波的折射
(1)波的折射：波从一种介质______另一种介质时，波的__________发生改变的现象。
(2)波的折射中，波的______不变，波速和波长发生改变。
进入
传播方向
频率
[思考判断]
(1)波向前传播在两介质的界面上要么发生反射，要么发生折射，二者不会同时发生。( )
(2)波发生反射时波的频率不变，波速变小，波长变短。( )
(3)波发生折射时波的频率不变，但波长、波速发生变化。( )
×
×
√
[观图助学]
知识点二 波的衍射
1.定义：波可以绕过________继续传播的现象。
2.实验现象
(1)实验器材：在水槽里放两块挡板，中间留一个______。
(2)现象：狭缝宽度比波长大得多，波的传播如同光沿__________一样，在挡板后面产生“阴影区”；在狭缝宽度与波长相差不多或者狭缝宽度比波长更小时，水波可以______挡板后面继续传播。
3.发生明显衍射现象的条件
缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长__________，或者比波长______。
障碍物
直线传播
绕到
相差不多
更小
狭缝
[思考判断]
(1)一切波遇到障碍物都会发生衍射现象。( )
(2)只有当障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时，才会发生衍射现象。( )
(3)当小孔大小一定时，波的频率越大，衍射现象越明显。( )
(4)当障碍物大小一定时，波的频率越小，衍射现象越明显。( )
√
√
×
×
波的反射、折射现象中各物理量的变化
[要点归纳]
核心要点
对波的反射和折射的理解和应用
现象
比较项目
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
[试题案例]
[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
[例2] 某测量员利用回声测距，他站在两平行墙壁间某一位置鸣枪，经过1 s第一次听到回声，又经过0.5 s再次听到回声，已知声速为340 m/s，则两墙壁间的距离为多少？
解析 设测量员离较近的墙壁的距离为x，则他离较远的墙壁的距离为s－x，2x＝vt1
2(s－x)＝v(t1＋Δt)
其中Δt＝0.5 s，t1＝1 s，代入数据得s＝425 m。
答案 425 m
[针对训练1] 有一辆汽车以15 m/s的速度匀速行驶，在其正前方有一陡峭山崖，汽车鸣笛2 s后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离有多远？(v声＝340 m/s)
解析 设汽车在A点发出笛声，A点到山崖B的距离为x1，汽车运动到C点接收到笛声，设AC距离为x2，CB距离为x，因二者运动时间相同，则有
x1＝x2＋x①
x1＋x＝v声t②
x2＝v车t③
联立①②③得x＝325 m。
答案 325 m
核心要点
波的衍射现象
如图所示是一个可观察水波衍射的水波发生槽，振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播。思考下列问题：
[观察探究]
(1)水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？
(2)当水波遇到较大的障碍物时，会观察到什么现象？当障碍物较小时，会观察到什么现象？
提示 (1)水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后面的“阴影区”，小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显。
(2)当水波遇到较大的障碍物时，将会返回，当障碍物较小时，波能继续向前传播。
[探究归纳]
1.衍射是波特有的现象
(1)一切波都能发生衍射现象，只是有的明显，有的不明显。
(2)波的直线传播只是在衍射不明显时的近似。
(3)波长较长的波容易产生明显的衍射现象。
2.产生明显衍射现象的条件
只有当缝、孔的宽度或障碍物尺寸跟波长相差不大，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。
(1)障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，而是衍射现象是否明显的条件。一般情况下，波长较长的波容易产生显著的衍射现象。
(2)波传到孔或障碍物时，孔或障碍物仿佛是一个新的波源，由它发出的与原来同频率的波(称为子波)在孔或障碍物后传播，于是，就出现了偏离直线传播的衍射现象。
(3)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。
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
[试题案例]
[例3] (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( )
答案 ABC
[针对训练2] 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。
答案 B