第3节 波的反射、折射和衍射（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册（人教版2019 江苏北京版）

波的反射、折射和衍射 (强基课—逐点理清物理观念) 第 3节 课标要求 学习目标 知道波的反射和折射现象。通过实验，了解波的衍射现象。 1.了解波的反射和折射现象，知道波的反射和折射规律。 2.知道波的衍射现象和波发生明显衍射的条件。 1 逐点清(一) 波的反射和折射 2 逐点清(二) 波的衍射 3 课时跟踪检测 CONTENTS 目录 逐点清(一) 波的反射和折射 1．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__________内，反射线与入射线分居______两侧，反射角______入射角。 多维度理解 同一平面 法线 等于 2．波的折射 (1)波的折射：光从一种介质________________时会发生折射，同样，一切波从一种介质进入另一种介质时也发生______。 (2)水波的折射：一列水波在_____不同的水域传播时，在交界面处将发生______。 进入另一种介质 折射 深度 折射 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。 1．判断下列说法是否正确。 (1)在空旷的房间里往往听不清对方说的话，这是墙壁对声音多次反射的结果。 ( ) (2)潜水员能听到岸上人的喊声，是声波反射的结果。 ( ) (3)潜水员能听到岸上人的喊声，是声波折射的结果。 ( ) 全方位练明 √ × √ 2．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 √ 解析：波1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，A、B错误。 3．某物体发出的声音在空气中的波长为1 m，波速为340 m/s，在海水中的波长为4.5 m。 (1)该波的频率为________Hz，在海水中的波速为________m/s。 (2)若物体在海面上发出的声音经0.5 s听到回声，则海水深为多少？ (3)若物体以5 m/s的速度由海面向海底运动，则经过多长时间听到回声？(结果保留3位有效数字) (3)物体与声音运动的过程 示意图如图所示， 设听到回声的时间为t， 则v物t＋v海t＝2s 代入数据解得t≈0.498 s。 答案：(1)340　1 530　(2)382.5 m (3)0.498 s 逐点清(二) 波的衍射 1．定义：波可以绕过_________继续传播的现象。 2．实验及现象 (1)实验器材：在水槽里放两块挡板，中间留一个_____。 (2)现象 ①狭缝宽度比波长大得多时：波的传播如同光沿______传播一样，在挡板后面产生一个“__________”。 多维度理解 障碍物 狭缝 直线 阴影区 ②狭缝宽度与波长相差不多或者狭缝宽度比波长更小时，波可以_______挡板后面继续传播。 3．发生明显衍射的条件 缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长________，或者__________。 4．衍射的普遍性：_______都能发生衍射，衍射是波____的现象。 绕到 相差不多 比波长更小 一切波 特有 1．发生明显衍射现象的条件 (1)水波遇到障碍物的情况 当障碍物较小时发现波绕过障碍物继续前进，如 同障碍物不存在一样。如图甲所示，衍射现象明显。 (2)水波遇到小孔的情况 当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为 中心的圆形波。如图乙所示，衍射现象明显。 (3)衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射。 衍射现象只有“明显”与“不明显”之分。 2．波的衍射现象的本质 波传到小孔(或障碍物)时，小孔(或障碍物)仿佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波(称为子波)，在小孔(或障碍物)后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象。波的直线传播是衍射不明显时的近似情形。 1．判断下列说法是否正确。 (1)雷雨天总是“先看见闪电后听到雷声”，是声波的衍射现象。( ) (2)“闻其声而不见其人”，是指声波的衍射现象。 ( ) (3)缝或孔的宽度较大时，不能发生衍射现象。 ( ) (4)一切波都能发生衍射现象。 ( ) 全方位练明 × √ × √ 2．下列现象属于波的衍射现象的是(　 ) A．在空旷的山谷里喊叫，可以听到回声 B．“空山不见人，但闻人语响” C．“余音绕梁，三日而不绝” D．夏日的雷声有时轰鸣不绝 √ 解析：在空旷的山谷里喊叫，可以听到回声，这是声波的反射现象，故A错误； 波遇到障碍物或小孔后继续传播的现象叫作波的衍射，“空山不见人，但闻人语响”是声波的衍射现象，故B正确； “余音绕梁，三日而不绝”，是声波的反射现象，故C错误； 雷声有时轰鸣不绝，也是声波的反射现象，故D错误。 3．(2024·江苏南京期中)如图所示，P为桥墩，A为靠近桥墩浮在水面的树叶，波源S连续振动形成水波，此时树叶几乎不动。为使水波能带动树叶明显振动，可采用的方法是(　 ) A．减小波源的振幅 B．减小波源距桥墩的距离 C．增大波源的频率 D．减小波源的频率 √ 减小波源的振幅、减小波源距桥墩的距离对波长无影响，故A、B错误。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A级——基础达标 1．在波的反射中，关于入射角，下列说法中正确的是(　 ) A．入射波面与法线的夹角为入射角 B．入射波面与界面的夹角为入射角 C．入射波线与反射波线的夹角为入射角 D．反射角跟入射角相等 √ 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 解析：入射波线与法线的夹角为入射角，故选项A、B、C错误； 根据反射定律可知在波的反射中，入射角和反射角相等，D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2．人在室内讲话的声音比在室外空旷处讲话声音要洪亮，是因为(　 ) A．室内空气不流动　 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 解析：人在室内讲话时，声音会多次发生反射，故听到的声音就比较洪亮，选项B正确。 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 3．(2024·江苏南通期中)如图所示，挡板M是固定的，挡板N可以上下移动。现在把M、N两块挡板间的空隙当作一个“小孔”做水波的衍射实验，出现了图示中的图样，P点的水没有振动起来。为了使挡板左边的振动传到P点，下列操作可行的是 (　 ) A．撤去N板 B．N板向上移动 C．增大波源振动的频率 D．增大波源振动的幅度 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 解析：P处质点没有振动，说明波在P点没有发生明显衍射现象，原因是MN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。故选B。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 4．下列现象中不属于声波反射现象的是(　 ) A．用声呐勘测海底地质地貌 B．音响设备制作时要考虑混响效应 C．夏日的雷声有时轰鸣不绝 D．在水里的人能听到岸上的声音 解析：A、B、C选项属于声波反射现象。D选项是波的折射现象。 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 5．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 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 解析：由题意可知，某人从题图中A点走到墙后的B点，能听到声音，是由于声波的衍射现象，但强度变弱。由于男声的频率低于女声，在同一介质中，传播速度相同，则男声的波长大于女声的波长，更容易发生明显衍射，故D正确，A、B、C错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 6．障碍物处不能发生明显衍射。下列措施可能使波发生较为明显衍射的是(　 ) A．增大波源的振动频率 B．减小波源的振动频率 C．增大障碍物的长度 D．增大波的振幅 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 解析：不能发生明显衍射的原因是障碍物的长度远大于波长，则增大波长或减小障碍物的长度可能使波发生较为明显的衍射，选项C错误； 2 3 4 增大波的振幅不能使波发生较为明显衍射，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 7．听者A、声源B和障碍物C在一条直线上，如图所示。声源在听者和障碍物之间，距听者12 m，距障碍物24 m，若听者能将先后两次发声区别开的时间间隔是0.1 s。试通过计算，说明听者能否把原声和回声区别开来？(已知声音在空气中的传播速度为344 m/s) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 答案：能把原声和回声区别开来(计算过程见解析) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ B级——综合应用 8．音箱装饰布网既美观又能阻止灰尘进入音箱内部，但是它又有不利的一面，对于音箱发出的声音来说，布网就成了障碍物，它阻碍了声音的传播，造成了声音失真，有的生产厂家就把装饰布网安装了子母扣，这样听音乐时就可以把布网卸下来，从而获得高保真的听觉效果。听同样的音乐不卸下布网和卸下布网相比较，你认为声音损失掉的主要是(　 ) A．高频部分 B．低频部分 C．中频部分 D．不能确定 1 5 6 7 8 9 10 11 12 解析：由v＝λf知，波速一定时，频率越高、波长越小。波长越小，越不易发生衍射现象，故不卸布网损失掉的主要是高频部分，所以选项A正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 9．小明和小刚每天上学途中都要经过一座铁桥，学习了波的知识之后，小明和小刚想到了一个测量桥长的方法，一人在铁桥的一端用锤子敲击一下，另一人在铁桥的另一端听传来的声音，结果发现经空气和铁桥，声音传到另一端的时间差为2 s(声波在空气中传播速度为340 m/s，在钢铁中的传播速度为4 900 m/s)，则桥长大约为(　 ) A．680 m B．9 800 m C．730.7 m D．无法计算 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 10．一列波在第一种均匀介质中的波长为λ1，在第二种均匀介质中的波长为λ2，且λ1＝3λ2，那么波在这两种介质中的频率之比和波速之比分别为(　 ) A．3∶1,1∶1 B．1∶3,1∶4 C．1∶1,3∶1 D．1∶1,1∶3 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 答案：2.0 km (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。 波1、3是在两种不同介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由λ＝得波长不同，故C错误，D正确。 解析：(1)由f＝，得f＝ Hz＝340 Hz。 因波的频率不变，则在海水中的波速为v海＝λf＝4.5×340 m/s＝1 530 m/s。 (2)入射声波和反射声波用时相同，则海水深为s＝v海＝1 530× m＝382.5 m。 解析：根据题意，为使水波能带动树叶明显振动，即发生明显衍射现象，应减小障碍物的尺寸或者增大波长，根据λ＝可知，减小波源的频率，波长增大，故C错误，D正确； 由λ＝知，v不变，减小f，λ增大，选项A错误，B正确； 解析：声音到达A的时间：t1＝＝ s 声音先到达障碍物C，然后到达A的时间：t2＝＝ s＝ s 时间差Δt＝t2－t1＝s≈0.14 s>0.1 s，所以听者能把原声和回声区别开来。 解析：由题意可知：－＝2 s，解得l≈730.7 m，C正确。 解析：由于波的频率由波源决定，因此f1＝f2，已知 λ1＝3λ2，由v＝λf，可得＝＝。 11．已知空气中的声速为340 m/s。现有几种声波：①周期为 s，②频率为104 Hz，③波长为10 m。它们传播时若遇到宽约为13 m的障碍物，能产生显著的衍射现象的是(　 ) A．①和② B．②和③ C．①和③ D．都可以 解析：①、②、③三种声波的波长分别为λ1＝340× m＝17 m，λ2＝ m＝0.034 m，λ3＝10 m，根据发生明显衍射现象的条件可知，①、③两声波的波长与障碍物的尺寸相差不大，能发生明显的衍射现象，故C正确。 12．(选自鲁科版教材课后练习)天空中有一片近似等高的浓云层，为了测量云层的高度，在水平地面上与观测者的距离为d＝3.0 km处进行一次爆炸，观测者听到由空气直接传来的爆炸声与由云层反射回来的爆炸声时间上相差Δt＝6.0 s。试估算云层下表面的高度。 解析：由题意画出其平面图如图所示。 设云层下表面的高度为h， 则由云层反射回来的爆炸声传播距离为s＝2， 声音反射传来的时间为t1＝， 声音直接传来的时间为t2＝， 则t1－t2＝Δt，将数据代入以上各式得h＝2.0 km。 $$