3.3 波的反射、折射和衍射（学生用书）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第一册（人教版2019）

物理选择性必修第一册课堂学案 ● 课末随堂演练● 1.(振动图豫与波动图豫)（多选）渔船上的声呐 3.(波的解问题)一列简谐横波沿直线由a向b 利用超声波来探测远方鱼群的方位，某渔船发 传播，相距10.5m的a、b两处的质点振动图 出的一列超声波在1=0时的波动图像如图所 像如图中a、b所示，则 示，图乙为质点P的振动图像，则下列说法正 y/em 确的是 10m /10m -10 x/10'm /10 0.75 1.5 0.5 A.该波的振幅可能是20cm B.该波的波长可能是8.4m 甲 C.该波的波速可能是10.5m/s A.该波的波速为1.5×103m/s D.该波由a传播到b可能历时7s B.该波沿x轴正方向传播 4.(波的多解问题)一列简谐横波图像如图所示， 时刻的波形如图中实线所示，2时刻的波形 C.0~1s时间内，质点P沿x轴运动了1.5m 如图中虚线所示，已知△1=t2一t=0.5s. D.0~1s时间内，质点P运动的路程为4m ◆rm 2.(振动图像与波动图像)一列简谐横波沿x轴 0.2 传播，波速为2.0m/s,该波在t=0时刻的波 -0.2 形图如图甲所示，x=0处质点的振动图像如 图乙所示.下列说法正确的是 (1)这列波的周期可能是多大？ ,3/cm (2)这列波可能的波速表达式是怎样的？ 30 (3)若波向左传播，且3T<△<4T,波速为 多大？ t/m (4)若波速v=68m/s,则波向哪个方向传播？ A.质点的振动周期为4.0s B.这列波的振幅为60cm C,该波沿x轴正方向传播 D.t=0时刻，x=4m处的质点沿y轴负方向 振动 友情提示完成P,课时作业（十八） 第3节 波的反射、折射和衍射 答案精解Pw [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.通过实险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）. 课前 教材预案●。 教材梳理 时返回到 继续传播的现象 知识点1波的反射、折射 叫作波的反射. L.波的反射 (2)规律：波的反射与光的反射遵循同样的规 (1)概念：波在传播的过程中，遇到两种介质的 律.如图所示，当波传播到两种介质的交界处 ·68· 第三章机械波 发生反射时，反射线、法线、入射线在 射现象 内，反射线与人射线分居 两侧，反射 3.普遍性：一切波都能发生衍射.衍射是波 角 入射角， 的现象 法骏 人射线 注意：一切波都能发生衍射现象，当波遇到障 反射线 碍物时，衍射现象总是存在的，只有“明显”与 1250A028041252 “不明显”之分 注意：反射波与人射波的波长、频率、波速都相 1自主检测1 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 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 2.波的折射 () (1)概念：波从一种介质 另一种介质 云层里多次反射： 时，波的 发生改变的现象 (2)波发生折射时波的频率不变，但波长、波速 发生变化 () (2)普追性：理论和实践证明， 波都会 发生折射现象， (3)闻其声而不见其人，说明声波能发生衍射 现象 () 注意：波的折射现象中，波的频率不变，波速和 (4)当障碍物大小一定时，波的频率越小，衍射 波长发生改变 现象越明显 (） 知识点2波的衍射 2.在某海水浴场，同学漂浮在海面上，水波以 1L,定义：波可以绕过障碍物继续传播，这种现象 3m/s的速率向着海滩传播，该同学记录了第 叫作波的衍射. 1个波峰到第10个波峰通过身下的时间为 2.波发生明显衍射现象的条件：只有缝、孔的宽 18s.则该水波的周期为 s,该水波的 度或障碍物的尺寸跟 相差不多，或者 波长为 m,该水波可以绕过障碍物继 比 名 时，才能观察到明显的衍 续传播属于波的 现象。 课堂深度探究● 考点打波的反射与折射 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 【情境导学】我们在山中、在大的空房间里大声说 均匀介质中传播，因此波速不变：波折射时是 话时，都会听到回声，这属于波的什么现象？ 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 公式入一罗可知波长不改变：在波的折射中，当 进入新的介质中波速增大时，由入=￥可知波 知识拓展 长变长，反之变短 1.波的反射遵从反射规律，即入射线、反射线及 【例题1】如图所示，图中1、2、3分别代表入射 法线位于同一平面内，入射线、反射线分别位 波、反射波、折射波的波线，则 ( 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 介质 (1)波的频率是由波源决定的，介质中各个质 介质60 点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是 ·69· 物理选择性必修第一册课堂学案 A.2与1的波长、频率相等，波速不等 宁知识拓展 B.2与1的波速、频率相等，波长不等 L.衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍 C.3与1的波速、频率、波长均相等 射.衍射只有“明显”与“不明显”之分，障碍物 D.3与1的频率相等，波速、波长均不等 或小孔的尺寸跟波长差不多，或比波长小，是 思维导引：波在传播过程中频率不变，在不同 产生明显衍射的条件 介质中传播时速度不同. 2.声波波长较长，一般为1.7cm一17m. 【变式1】某测量员利用回声测距，他站在两平行 3.波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况 竖直墙壁间某一位置（不是中间位置）鸣枪， 【例题2】（多选）如图所示，图中S为在水 经过1s第一次听到回声，又经过0.5s再次 面上振动的波源，M、V是水面上的两 听到回声，已知声速为340m/s,则两墙壁间 块挡板，其中N板可以上下移动，两 的距离为多少？ 板中间有一狭缝，此时测得A处水面 没有振动，为使A处水面也能发生振 动，可采用的方法是 A.使波源的频率增大 B.使波源的频率减小 C.移动N使狭缝的间距增大 D.移动V使狭缝的间距减小 思维导引：使原来没有振动的A处水面发生 考点2波的衍射 振动，也就是让衍射现象变得更明显. 【情境导学】如图所示是一个可观察水波衍射 误区防错 的发波水槽，振源的频率是可以调节的，槽 衍射现象的两点提醒 中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节 1,障碍物或孔的尺寸大小不是决定能否发生 的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中 衍射的条件，而是衍射现象是否明显的条 放置宽度不同的挡板，观察水波的传播.回 件，波长越大越易发生明显的衍射现象 答下列问题： 2.当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分 振 突出，但衍射波的能量很弱，也很难观察 到波的衍射。 【变式2】如图所示是利用水波槽观察到的水波 (1)水波遇到小孔时，会观察到什么现象？ 衍射图样，从图样可知 () 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？ A.B侧波是衍射波 B.A侧波速与B侧波速相等 C.增大水波波源的频率，衍射现象将更明显 D.增大挡板之间的距离，衍射现象将更明显 ·70· 第三章机械波 课末随堂演练● L.(波的衍射)下列现象或事实属于衍射现象 A.此时能观察到波明显的衍射现象 的是 B.挡板前后波纹间距离相等 A.风从窗户吹进来 C.如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的 B.雪堆积在背风的屋后 衍射现象 C.水波前进方向上遇到凸出在水面上的小石 D,如果孔的大小不变，使波源频率增大，能观 块，小石块对波的传播没有影响 察到更明显的衍射现象 D.晚上看到水中月亮的倒影 4.(波的反射)有一辆汽车以15m/s的速度匀速 2.(被的反射)在室内讲话的声音比在室外空旷 行驶，在其正前方有一陡峭山崖，汽车鸣笛2s 处讲话的声音要洪亮，是因为 后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离有多 A.室内空气不流动 远？(=340m/s) B.室内声音多次反射 C.室内声音发生折射 D.室内物体会吸收声音 3.(波的衍射)（多选）如图所示是观 察水波衍射的实验装置.AC和 BD是两块挡板，AB是一个孔，O C 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，则关于波经过孔之 后的传播情况，下列描述正确的是 友提示完成P课时作业（十九） 第4节 波的干涉 答案精解Pw [学习目标]1.知道波的叠加原理，知道什么是波的干涉现象和干涉图样，知道干涉是波特有的现 象（物理观念），2.会分析波的叠加，了解波的干涉在生活中的应用，感受物理与生活之间的联系（科学 思维) 课前 教材预案● 教材梳理 2.波的叠加原理 知识点1波的叠加 几列波相遇时能保持各自的运动特征继续传 播，在其重叠区域里，介质中的质点 1.波的独立性 参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这 两列波在彼此相遇并穿过后，波的 和 几列波单独传播时引起的位移的 相遇前一样，传播的 也和相遇前一样 注意：“保持各自的运动特征”指的是各自的波长、 (如图所示)，仍然保持各自的 继续传 频率等保持不变，不因其他波的存在而受影响。 播，就像没有跟另一列波相遇一样。 知识点2儿波的干涉 入夫天入 1.定义 相同、 恒定、 相同的 ·71课末·随堂演练 第一次听到回声时，2x=1, 1.AB解析由题图可读出波的周期为T=1×10is,波长为 第二次听到回声时，2(s一x)=(十△)， 入=1.5X102m,则波魂U=产=1.5X10m/s,选项A正 其中△=0.5s,t1=15,代入数据解得s=425m. 含3425m 确：由图乙可知1=0时刻，P质点向上振动，由图甲可知它 【情境导学】 在重复其左侧临近质点的运动，可以判断出波沿x轴正方向 答案(1)水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后 传播，选项B正确：波传播过程中，质点在平衡位置附近振 面的“阴影区”：小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象 动，质点P不会随波迁移，选项C错误：质点P在一个周期 更加明显， 内的路程为4倍振幅，而1s=10T,所以0一1s内质点P (2)当水波遇到较大的障碍物时，将会返回：当障碍物较小时， 运动的路程为s=4A×10=2m,选项D错误. 波能绕过障碍物继续向前传播. 之A图团由题因甲可知，波长入8mT名-是=40 [例题2]BD解析要发生明显的衍射，障碍物的尺寸或宽度 选项A正确：由题图甲知，这列波的振幅为30cm,进项B错 要比波长小或与波长相差不多，要使狭缝满足明显衍射的 误：=0时刻，江=0处质点向下振动，可知该波沿x轴负方 条件，可将狭缝间距变小，或将波长变长，逸项BD正确， 向传播，选项C错误：根据波沿x轴负方向传播可判断，=0 [变式2]B解析挡板左边是衍射波的波源，选项A错误：在 时刻，x=4m处质，点沿y轴正方向振动，选项D错误. 同一种介质中，机械波的波速相等，选项B正确：波速不变， 3.D解析题中给出了两个质点的振动图像，从图中直接可以 增大水波波源的频率，水波的波长将减小，而指板间距没 看出振动的振福为10cm,周期为4s,选项A错误：因为波 变，所以衍射现象将没有原来的明显，选项C错误：在波长 是由a向b传播，所以从振动图像可以看出，T=4s,b比a 没改变的情况下，增大挡板间距，衍射现象将没有原来的明 至少晚振动子个周期，则、6间距高与波长的关系为 显，选项D错误 课未·随堂演练 (n+子)am=0、1,2…),波由a传播到6处时1=T+ L.C解析波可以绕过障碍物继续传播的现象称为波的衍射， 只有选项C与衍射现象相符 子Tm=0,1,2),再利用=÷可得，选项B.C错误，D 2.B解析在室内听到的声音洪亮是因为声波在室内墙壁上 正确。 经过多次反射而得到加强，选项B正确 4解扬(1)(2)由题图可知波长λ=8m, 3.ABC解析观察题图可知孔的尺寸与波长差不多，能观察到 当波向右传椅时△=nT十开， 波明显的射现象，选项A正确；因波的传播速度不变，频 率不变，故波长不变，即挡板前后波纹间距离相等，选项B正 2 Ti-4ws(=01、2, 确：若将孔AB扩大，且孔的尺寸大于波长，则可能观察不到 %=齐-=44n+Dm/sn=0、l,2… 明显的衍射现象，选项C正确：若∫增大，由入=号知入变 小，衍射现象变得不明显了，选项D错误 当波向左传将时=nT,+寻T, 4.解析汽车匀速行驶，速度为=15m/s,声音在空气中传播 2 速度不变，汽车从鸣笛到听到回声，二者运动时间相同，如图 T=4n千3s(n=0,1、2, 所示 g=产=44n+3)m/sn=0.1,2… A声波 X: (3)若波向左传播，且3T<△<4T, 汽( 出波 则a=3是7 设汽车在A,点鸣笛，A点到山崖B的距离为1，汽车运动到 2 C点听到回声，设AC距离为x2,CB距离为x,因二者运动 =60m/s 时间相同，则有x1一2十x, (4)△内波传播的距离为x=4=68×0.5m=34m=4A, C1十x=vat, T2=vsl, 故波向右传播。 联立解得x=325m. 圈Dn品s或n品8s(24+1减或4r+3》 2 答率325m (3)60m/s(4)向右 第4节波的千涉 第3节 波的反射、折射和衍射 课堂·深度探究 课堂·深度探究 【情境导学】 【情境导学】 答累①相遇时凸起的高度比原来的两个更大一些.②两列波 答率波的反射。 相遇后仍然保持原来各自的运动状态继续传播，并没有受到另 [例题1门D解析波发生反射时，在同一种介质中运动，因此 一列波的影响. 波长，波速和频率不变，选项A、B错误：波发生折射时，频 [例题1门D解析当1=2s时，根据传搭速度可知，它们相互 率不变，波速变，波长变，选项C错误，D正确。 重叠，由于振动方向相反，则振动减弱，波形如图②所示：当 [变式1门解析设两墙壁间的距离为，测量员离较近的墙壁的 1=4s时，各自传播了4m,由于互不千扰，所以波形如图③ 距离为x,则他离较远的墙壁的距离为バ一x, 所示，选项D正确 ·185