3.3 波的反射、折射和衍射课件-2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

3.3波的反射、折射和衍射 第三章 机械波 水波通过桥洞时发生衍射 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，蝙蝠能够接受反射回来的超声波，并据此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”。 课堂引入 课堂引入 我们知道，声音在传播过程中，遇到 障碍物时会发生反射。对着远处的峭壁或高山大喊一声会听到回声，这就是声波在峭壁或高山上反射的结果。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？ 问题： ？ 一、波的反射 我们可以通过实验来研究水波的反射规律。 如图甲，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、波的反射 如图乙， 当 水 波 遇 到 挡 板 时 会 发 生 反 射 如果用一条射线代表水波的入射方向（入射线），用另一条射线代表水波的反射方向（反射线），我们发现水波的反射与初中学过的光的反射遵循同样的规律。 反射定律：反射线、入射线与法线在同一平面内，反射线与入射线分居法线两侧，反射角等于入射角 一、波的反射 波的反射: 1．定义：波在传播过程中，遇到两种介质的分界面时返回到原介质继续传播的现象． 2．遵从 反射定律 3．反射波的频率、波速和波长都与入射波相同 入射角 反射角 平面 二、波的折射 我们知道光从一种介质进入另一种介质时会发生折射 机械波会发生折射吗？ 理论和实验证明，一切波都会发生折射现象。一列水波在深度不同的水域传播时，在交界面处将发生折射，如图所示。 如果用一条射线代表水波的入射方向，用另一条射线代表水波的折射方向，可以更清晰地看出水波的折射现象 入射角i 折射角r 二、波的折射 1． 定义：波从一种介质射入另一种介质时，传播的方向发生改变的现象 2．遵从 折射定律：折射线、入射线与法线在同一平面内，折射线与入射线分居法线两侧，折射角与入射角满足以下关系式： 入射角i 折射角r 二、波的折射 水波在深度不同的水域传播时，在交界面处发生了折射，根据折射定律分析一下为什么会折射。 在水槽中放入一块厚度均匀的玻璃板，注意使它的一条边不与波传来的方向垂直，如右图中虚线 a 所示的位置。然后加水，使水面高过玻璃板。接通电源产生水波，观察水波经过水深不同 的区域时传播方向的变化 分析可知原因：水波的波速与水的深浅有关，水深越深，水波波速越大，同种非均匀介质 二、波的折射 特点1：波在不同介质中传播或在同种非均匀介质中传播时，传播速度不同，故传播方向不同，即发生波的折射 特点2：波折射时，波的传播速度改变，波的频率不变，波长改变 三、波的衍射 在水塘里，微风激起的水波遇到小石、芦苇等细小的障碍物，会绕过它们继续传播。在波的前进方向上放一个有孔的屏，可以看到波通过小孔而在屏的后面向各个方向传播。 波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫作波的衍射。 三、波的衍射 波在什么条件下能够发生明显的衍射现象？ 演 示：水波的衍射 在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况（如图甲） 保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度， 观察水波的传播情况有什么变化（如图乙）。 对比两幅水波通过缝、孔衍射照片，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 三、波的衍射 实验表明： 波长一定时，缝、孔的宽度越小，衍射现象越明显 三、波的衍射 右图水波通过两突出水面石头后的情景，对比后总结发生明显衍射现象的条件: 实验表明： 波长一定时，障碍物的尺寸越小，衍射现象越明显 三、波的衍射 保持狭缝的宽度不变，改变水波的波长，观察波的传播情况有什么变化。 图3.3-4是实验时拍摄的照片，在甲、乙、丙三幅照片中，波长分别是狭缝宽度的7/ 10, 5/10, 3/10 实验表明：缝、孔的尺寸d一定时， 波长越大，衍射现象越明显 观察波长对衍射现象的影响 波长逐渐增大的衍射现象 三、波的衍射 障碍物尺寸d一定，不同波长的水波的通过障碍物时的情景如右图 实验表明： 障碍物尺寸d一定时， 波长越大，衍射现象越明显。 三、波的衍射 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。 不只是水波，声波也能发生衍射。“闻其声而不见其人”，这是司空见惯的现象。 问题1、缝、孔的宽度或障碍物的尺寸比波长大能发生明显衍射吗？ 问题2、能说成是波发生衍射现象的条件吗？ 通常的声波，波长在1.7