3.3波的反射、折射和衍射 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第三章 机械波 第3节 波的反射、折射和衍射 目录 主题(二) 波的折射 主题(三) 波的衍射 主题(一) 波的反射 第3节 波的反射、折射和衍射 我们知道，声音在传播过程中，遇到障碍物时会发生反射。对着远处的峭壁大喊一声会听到回声，就是声波在峭壁上反射的结果。 新课引入：各种波在传播过程中能发生哪些现象呢？ 白光从空气传播到三棱锥的玻璃中时会发生传播方向改变，并被分解为七种颜色的现象。这就是光波的折射现象 说话的时候墙背后的同学可以听到你们的谈话，这个现象说明声波还能绕过障碍物继续传播。这就是波的衍射现象 第一部分 波的反射 2.规律： 波遇到障碍物返回继续传播的现象 法线 平面 一、波的反射 1.定义： （同初中光的反射） ①反射波的λ、f、v跟入射波相同。 ②波遇到两种介质界面一定有反射。 注意： 3.应用： ①回声:声波的反射现象 人耳只能分开相差0.1s以上的声音. ②夏日的雷声轰鸣不绝 声波在云层界面多次反射． ①入、法、反三线共面 ②入、反分居法线两侧 ③入射角等于反射角 介质I 介质II ③一场大雪过后，人们会感到外面万籁俱寂 一、波的反射 3.应用： ①回声:声波的反射现象 ②夏日的雷声轰鸣不绝 【分析】刚下过的雪是新鲜蓬松的，它的表面层有许多小气孔．当外界的声波传入这些小气孔时便要发生反射．由于气孔往往是内部大而口径小．所以，仅有少部分波的能量能通过口径反射回来，而大部分的能量则被吸收掉了．所以不是人的活动减少了。 ③一场大雪过后，人们会感到外面万籁俱寂 一、波的反射 3.应用： ①回声:声波的反射现象 ②夏日的雷声轰鸣不绝 ④为了赞美一个人的歌声，有了“余音绕梁，三日不绝”这个成语。请解读其中的科学知识。 这是声波的反射，当然这里运用了夸张的表达手法。 ⑤回声测距 ⑤回声测距 (1)当声源不动时,声波遇到了静止障碍物会返回来继续传播,由于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,设经过时间t听到回声,则声源距障碍物的距离为s= (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= (3)当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离静止的声源时,声源发声时障碍物到声源的距离s= 一、波的反射 3.应用： v声 (v声+v) (v声-v) 蝙蝠在飞行时，会发出一种尖叫声，这是一种超声波信号，是人类无法听到的，因为它的音频很高。这些超声波的信号若在飞行路线上碰到其他物体，就会立刻反射回来，在接收到返回的信息之后，蝙蝠于振翅之间就完成了听、看、计算与绕开障碍物的全部过程。 一、波的反射 ⑤回声测距 3.应用： 第二部分 波的折射 波从一种介质进入另一种介质时，波传播方向发生改变的现象。 二、波的折射 1.定义: （同初中光的折射） 波折射的原因就是：波在不同介质中的速度不同。 2.规律: 法线 平面 介质I 介质II ①入、法、折三线共面 ②入、折分居法线两侧 ③入射角正弦正比反射角正弦 折射角（r） 思考1：波的入射角折射角的正弦为什么和速度成正比呢？ 常数n= 介质I 介质II 显然：tOA=tOC i r 思考1：波的入射角与折射角的正弦为什么和速度成正比呢？ A C B D O O 则：tAB=tCD =Δt = i r xAB=vIIΔt xCD=vIΔt =ADsin =ADsin =n 波从一种介质进入另一种介质时，波传播方向发生改变的现象。 二、波的折射 1.定义: （同初中光的折射） 2.规律: 注意： 法线 平面 介质I 介质II ③入射角正弦正比反射角正弦 常数n= (2)当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线。 (3)当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线。 (4)当垂直界面入射时，传播方向不改变。 (5)折射时，波频率不变，波速和波长都发生改变。 (1)折射的原因：是波在不同介质中的速度不同. 思考：如图所示，骆驼队白天在沙漠中行走时，队伍后面的喊声，队伍前面往往听不到，而夜晚就不同，听的比较清楚，这是什么原因？ 提示：白天近地面的气温较高，声速较大，声速随离地面高度的增加而减小.导致声音传播方向向上弯曲；夜晚地面温度较低，声速随离地面高度的增加而增加，声波的传播方向向下弯曲，这也是在夜晚声波传播得比较远的原因． 二、波的折射 1.定义: 2.规律: 3.应用: 第三部分 波的衍射 衍射----延展射出之意 波的衍射--延展到“影子”区域里射出的现象。 思考2:波为什么能绕过障碍物、孔缝阴影继续传播呢？ 衍射现象明显 衍射现象不明显 结论：孔缝尺寸跟波长差不多时衍射比较明显 λ λ 思考3:波长λ相等的水波通过不同孔、缝对比有什么不同？ d/ d 衍射现象明显 衍射现象不明显 λ λ d/ d 结论：孔缝尺寸跟波长差不多时衍射比较明显 思考3:波长λ相等的水波通过不同孔、缝对比有什么不同？ 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 λ1= 0.3 d λ2= 0.5 d λ3= 0.7 d 明显 思考3：在狭缝d一定，不同波长的水波衍射会有什么结果？ 结论：孔缝尺寸跟波长越接近时衍射比较明显 阴影区 阴影区 波源 1.定义: 三、波的衍射 波绕过障碍物或孔、缝的阴影区继续传播的现象。 障碍物或孔、缝的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小 2.明显衍射条件: 注意: ①衍射是波特有的现象，一切波都会产生衍射。 ②衍射必然存在，只有明显与不明显的差别。 ③一般情况下，波长较大的波容易产生明显的衍射。 三、波的衍射 3.应用: 解释：大山或各种高大建筑物为什么没有阻挡我们接收各种无线广播的信号呢？ 无线电波波长较长(0.3cm—3000m)，可以跨过大山或各种高大建筑物继续传播 解释：树枝为什么没有阻挡阳光使得树好像是空心的？ 日晕---光波的衍射 思考：生活中光波和声波谁更容易发生明显衍射现象？ 三、波的衍射 3.应用: 声波波长：1.7cm—17m 光波波长：0.4m—0.7m 观察 光波绕过树枝继续传播 01 波的反射 02 波长 折射 03 波的衍射 波从一种介质射入另一种介质时，传播方向会发生改变，这种现象叫波的折射。 波遇障碍物返回续传播叫波的反射。 1．入射波波线反射波波线和法线在同一平面内． ２．反射角等于入射角。 波可以绕过障碍物继续传播的现象 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。 课堂小结 【典例1】（多选）下列说法正确的是（　　） A．衍射是一切波特有的现象 B．对同一列波，障碍物或孔越小衍射越明显 C．听到回声是声波的衍射现象 D．听到墙外人的说话声是衍射现象 典例分析 ABD 课堂练习 【典例2】如图所示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 D 课堂练习 【典例3】如图所示，在水槽中放两块挡板，挡板中间留一个狭缝，观察水波经过狭缝后的传播情况。已知水波的波长不变，但狭缝的宽度不同，甲图狭缝较宽，乙图狭缝较窄。下列说法正确的是（　） A．机械波经过狭缝后均沿直线传播 B．甲图狭缝宽度比波长大得较多， 衍射现象比较明显 C．乙图狭缝宽度跟波长相差不大，衍射现象比较明显 D．甲、乙两图中波的衍射现象均不明显 C 课堂练习 【典例4】（多选）如图所示，S为波源，MN为两块挡板，其中M固定，N板可上下移动，两板中间有一块缝，此时测得A点没有发生振动，为了使A点能振动起来，可采取的方法是（ ） A.增大波源的频率 B.减小波源的频率 C.将N板上移一些 D.将N板下移一些 BC 课堂练习 【典例5】如图所示，正中心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，水面上的波形将分布于 ( 　) A.整个区域 B.阴影Ⅰ以外的区域 C.阴影Ⅱ以外的区域 D.阴影Ⅲ以外的区域 B 课堂练习 【典例6】(多选)以下关于波的认识，哪些是正确的(　　) A．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理 B．隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的 C．雷达的工作原理是利用波的折射 D．水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象 　 ABD 课堂练习 【典例7】随着我国经济的快速增长，旅游业迅速发展，其中回归大自然的滨海游、生态游等休闲度假游，备受人们的喜爱。如图所示，一艘汽船以4 m/s的速度在无风河面上航行，船上发出一声鸣笛，旅客在3 s后听到前方悬崖反射回来的声音，则悬崖离汽船原来位置的距离为(已知声速为340 m/s) (　　) A．258 m　　　　　 B．340 m C．516 m D．680 m C 课堂练习 【典例8】(多选)如图是观察水面波的衍射现象的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是—个孔，O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)之间距离表示一个波长。则波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是(　 　) A．此时能明显观察到波的衍射现象 B．挡板前后波纹间距离相等 C．如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象 D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象 ABC 课堂练习 【典例9】如图所示各图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(①、②图)或障碍物(③、④图)，其中能发生明显衍射现象的有(　　) A．②④　　　B．①④ C．②③ D．①③ A 课堂练习 【典例10】如图所示，在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN，在墙的一侧有一个正在播放男女合唱歌曲的声源O，某人从A点走到墙后的B点，在此过程中，如从衍射的角度来考虑，他会听到(　　) A．声音变响，男声比女声更响 B．声音变响，女声比男声更响 C．声音变弱，男声比女声更弱 D．声音变弱，女声比男声更弱 D　 课堂练习 谢 谢 观 看 $$