第3章 第3节 机械波的传播现象-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版2019）

第三节　机械波的传播现象 【核心素养目标】 物理观念 知道机械波的衍射、惠更斯原理。知道机械波的反射、折射现象。知道波的叠加原理、波的干涉现象。 科学思维 会分析波的干涉现象，会分析加强和减弱情况。 科学探究 观察水波的衍射，探究发生明显衍射现象的条件。实验观察波的干涉及图样特点。 知识点一　机械波的衍射与惠更斯原理 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？ 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，波能绕过障碍物继续向前传播。 1．波的衍射 (1)定义：波绕过障碍物或者小孔继续向前传播的现象。 (2)发生明显衍射的条件：缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相近，或者比波长更小。 (3)衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射。 2．惠更斯原理 介质中波动传到的各点都可以看作是发射子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包络就形成新的波面。 1．(2022·北京西城高二期末)如图，挡板M是固定的，挡板N可以上下移动。现在把M、N两块挡板中的空隙当作一个“小孔”做水波的衍射实验，出现了如图所示的图样，P点的水没有振动起来。为了使挡板左边的振动传到P点处，下列措施中正确的一组是(　　 ) A．保持N板不动，减小振源频率 B．保持N板不动，增大振源频率 C．增大振源频率，把N板下移 D．保持振源频率不变，把N板下移 A　[P处质点没有振动，说明P点波没有明显衍射过去，原因是M、N间的缝太宽或波长太小，因此若使P处质点振动，可采用N板上移减小小孔的间距或增大波的波长，即减小频率，故A正确，B、C、D错误。] 学生用书↓第83页 2.如图所示，正中有一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，水面上的波形发生明显衍射的区域是 (　　) A．阴影Ⅰ区域 B．阴影Ⅱ区域 C．阴影Ⅰ、Ⅱ区域 D．无明显衍射区域 B　[一列水波在传播过程中遇到了小孔B，相比而言B的孔洞的尺寸比较小，所以能发生明显的衍射，而A挡板的尺寸较大，所以不能发生明显的衍射现象，所以水面上波分布于除阴影Ⅰ以外的区域，故A、C、D错误，B正确。] 3．(多选)下列各图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(A、B图)或障碍物(C、D图)，其中能发生明显衍射现象的有(　　 ) BD　[发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小，或和波长相差不多。B、D选项波纹间的距离比障碍物或孔的尺寸大，能发生明显衍射现象，故B、D正确。] 1．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，是产生明显衍射的条件。 2．声波波长较长，一般为1.7 cm～17 m。 3．波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况。 知识点二　机械波的反射和折射 如图所示，一列机械波从一种介质入射到另一种介质的界面上时，波的一部分发生反射，另一部分会发生折射，继续传播。比较下图中入射角i、反射角r和折射角γ的大小。 提示：入射角i＝反射角r＞折射角γ。 1．反射现象 (1)定义：机械波遇到介质界面会返回原介质继续传播的现象。 (2)特点：频率、波速和波长都不变。 2．折射现象 (1)定义：机械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)特点：频率不变，波速和波长发生改变。 3．反射和折射是波的普遍性质。 【判断正误】 1．一切波都能发生折射和衍射现象。(√) 2．水波的反射不遵从反射规律。(×) 3．波从一种介质进入另一种介质时频率发生变化。(×) 1．波的反射与折射的对比 　　　　波现象 比较项　　　　 波的反射 波的折射 传播方向 改变(入射角＝反射角) 改变(入射角≠折射角) 频率f 不变 不变 波速v 不变 改变 波长λ 不变 改变 2.频率、波速和波长的变化分析 (1)频率f由波源决定，故无论是反射波的频率还是折射波的频率都与入射波的频率相同。 (2)波速v由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变；而折射波与入射波在不同介质中传播，所以波速变化。 (3)据v＝λf知，波长λ与v及f有关，即与介质和波源有关，反射波与入射波在同一介质中 学生用