第3章 第3节 波的反射、折射与衍射（教师用书Word）-【状元桥·优质课堂】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修 第一册（人教版 2019）

第3节　波的反射、折射和衍射 [学习目标]　1.知道什么是波的反射、折射和衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件(物理观念).2.通过实验探究波发生明显衍射现象的条件(科学探究).3.会利用波发生明显衍射现象的条件分析相关问题(科学思维)． 知识点一　波的反射、折射 1．波的反射 (1)概念：波在传播的过程中，遇到两种介质的分界面时返回到原介质继续传播的现象叫作波的反射． (2)规律：波的反射与光的反射遵循同样的规律．如图所示，当波传播到两种介质的交界处发生反射时，反射线、法线、入射线在同一平面内，反射线与入射线分居法线两侧，反射角等于入射角． 注意：反射波与入射波的波长、频率、波速都相等，但由于反射面吸收一部分能量，反射波传播的能量将减少． 2．波的折射 (1)概念：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象． (2)普遍性：理论和实践证明，一切波都会发生折射现象． 注意：波的折射现象中，波的频率不变，波速和波长发生改变． 知识点二　波的衍射 1．定义：波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫作波的衍射． 2．波发生明显衍射现象的条件：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． 3．普遍性：一切波都能发生衍射．衍射是波特有的现象． 注意：一切波都能发生衍射现象，当波遇到障碍物时，衍射现象总是存在的，只有“明显”与“不明显”之分． 1．判断下列说法的正误． (1)夏日的雷声有时轰鸣不绝，原因是声波在云层里多次反射．(　√　) (2)波发生折射时波的频率不变，但波长、波速发生变化．(　√　) (3)闻其声而不见其人，说明声波能发生衍射现象．(　√　) (4)当障碍物大小一定时，波的频率越小，衍射现象越明显．(　√　) 2．在某海水浴场，同学漂浮在海面上，水波以3 m/s的速率向着海滩传播，该同学记录了第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间为18 s．则该水波的周期为2s，该水波的波长为6m，该水波可以绕过障碍物继续传播属于波的衍射现象． 考点一　波的反射与折射 【情境导学】 如图甲所示，在水槽中，点波源所发出的圆形水波遇直线界面反射后的波形仍为同心圆．图乙为圆形波反射的示意图．请举例说明生活中波的反射现象． 　 答案　对着远处的峭壁或高墙说话会听到回声． 【知识拓展】 1．波的反射遵从反射规律，即入射线、反射线及法线位于同一平面内，入射线、反射线分别位于法线的两侧，反射角等于入射角． 2．波的反射和折射中各物理量的变化 (1)波的频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是不改变的． (2)波速是由介质决定的，波反射时是在同一均匀介质中传播，因此波速不变，波折射时是在不同介质中传播，因此波速改变． (3)波长是由频率和波速共同决定的，即在波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据公式λ＝可知波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由λ＝可知波长变长，反之变短． 【例题1】 如图所示，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 思维导引：波在传播过程中频率不变，在不同介质中传播时速度不同． 答案　D 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，选项A、B错误；波发生折射时，频率不变，波速变，波长变，选项C错误，D正确． 【变式1】某测量员利用回声测距，他站在两平行竖直墙壁间某一位置(不是中间位置)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　设两墙壁间的距离为s，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， 第一次听到回声时，2x＝vt1， 第二次听到回声时，2(s－x)＝v(t1＋Δt)， 其中Δt＝0.5 s，t1＝1 s，代入数据解得s＝425 m. 答案　425 m 考点二　波的衍射 【情境导学】 如图所示是一个可观察水波衍射的发波水槽，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．回答下列问题： (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？ 答案　(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