3.3波的反射、折射和衍射-【堂堂清】2023-2024学年高二物理同步易混易错（人教版2019选择性必修第一册）

第三章 机械波 第三节 波的反射、折射和衍射 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 知道波的反射、折射和衍射现象，知道明显衍射的条件。 科学思维 理解波的反射定律和折射定律，能进行简单计算。 科学探究 经历探究波的明显衍射现象条件的过程。 科学态度与责任 利用波的几种现象实例培养观察、分析和归纳的习惯。 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平面内，反射线与入射线分居法线两侧，反射角等于入射角。 3.波的反射过程中，频率、波速、波长都不会发生变化。 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，一切波都会发生折射现象。 2.水波的折射：水波在深度不同的水域传播时，在交界处将发生折射。 3.波的折射过程中，频率不会发生变化，波速、波长会发生变化。 4.折射定律：＝，式中v1和v2分别是波在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的波速。 知识点三　惠更斯原理 1.内容：介质中波面上的每一个点，都可以看成一个新的波源，这些新波源发出子波，经过一定时间后，这些子波的包络面就构成下一时刻的波面。 2.包络面：某时刻与所有子波波面相切的曲面。 3.无论是反射波还是折射波都与入射波的频率相等，即与波源的振动频率相同。 知识点四　波的衍射 1.波绕过障碍物继续传播的现象。 2.发生明显衍射的条件：障碍物或狭缝的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小。 3.一切波都能发生衍射。衍射是波特有的现象。 4.衍射现象总是存在的，只是有的明显有的不明显而已。 5.对衍射现象的进一步理解 （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，仅是衍射现象是否明显的条件。一般情况下，波长较大的波容易发生显著的衍射现象。 （2）波传到小孔（或障碍物）时，小孔（或障碍物）处仿佛一个新的波源，由它发出与原来同频率的波（称为子波）在孔后传播，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，衍射现象不容易被观察到。 易错易混点1.对波的反射的理解 易错易混点辨析： 1.对波的反射的理解 (1)波发生反射时波的传播方向发生了变化． (2)反射波和入射波在同一介质中传播，介质决定波速，因此波速不变，波的频率是由波源决定的，因此波的频率也不改变，根据公式λ＝，可知波长也不改变． 2．波的反射现象的应用 (1)回声测距： ①当声源不动时，声波遇到了障碍物会返回来继续传播，反射波与入射波在同一介质中传播速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下，用的时间相等，设经时间t听到回声，则声源距障碍物的距离为s＝v声。 ②当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时，声源发声时障碍物到声源的距离为s＝(v声＋v)。 ③当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离声源时，声源发声时障碍物到声源的距离s＝(v声－v)。 (2)超声波定位： 蝙蝠能发出超声波，超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来，蝙蝠就根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物位置，从而确定飞行方向．另外海豚、雷达也是利用波的反射来定位或测速的。 例1.有一辆汽车以15 m/s的速度匀速行驶，在其正前有一陡峭山崖，汽车鸣笛2 s后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离多远？(v声＝340 m/s) 解析：若汽车静止，问题就简单了．现在汽车运动，声音传播，如图所示为汽车与声波的运动过程示意图． 设汽车由A到C路程为s1，C点到山崖B距离为s；声波由A到B再反射到C路程为s2，因汽车与声波运动时间同为t，则有s2＝s1＋2s， 即v声t＝v汽t＋2s 所以s＝＝ m＝325 m。 例2.人耳只能区分相差0.1 s以上的两个声音，人要听到自己讲话的回声，人离障碍物的距离至少要大于多少米？(已知声音在空气中的传播速度为340 m/s) 解析：从人讲话到声音传到人耳的时间取0.1 s时，人与障碍物间的距离最小．单程考虑，声音从人传到障碍物或从障碍物传到人耳时t＝ s＝0.05 s，故人离障碍物的最小距离s＝vt＝340×0.05 m＝17 m。 易错易混点2.波的折射的理解和应用 易错易混点辨析： 1.波的反射、折射现象中各量的变化 (1)波向前传播在两种介质的界面上会同时发生反射现象和折射现象，一些相关物理量变化如下： 波现象 比较项　　　 波的反射 波的折射 传播方向 改变　i＝i′ 改变　r≠i 频率f 不变 不变 波速v 不变 改变 波长λ 不变 改变 (2)说明： 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等于入射波的频率