第3章 第4节 波的反射与折射 第5节 波的干涉与衍射-【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册教用课件(教科版)

第4节　波的反射与折射 第5节　波的干涉与衍射 1 1．知道波传播到两种介质的界面时发生反射和折射现象。　2.知道波反射的规律。　3.知道波的叠加原理和波的干涉现象。　4.理解形成稳定干涉图样的条件，知道波的干涉图样的特点。 5．知道干涉是波特有的现象。　6.知道波的衍射现象，理解发生明显衍射现象的条件。 返回导航 课前 知识梳理 1 课堂 深度探究 2 随堂 巩固落实 3 内容 索引 课前 知识梳理 PART 01 第一部分 4 一、波的反射现象 1．波的反射：波在传播的过程中，遇到两种介质的________时________到原介质继续传播的现象叫作波的反射。 2．波阵面：波传播过程中，________相同的点组成的面，称为波阵面，简称“波面”。波的传播方向与波面________。我们用“波线”表示波的________________。 3．波的反射规律：机械波在两种介质的______________要发生反射，反射波线与入射波线、法线位于同一平面内，反射波线与入射波线位于法线的两侧；反射角__________入射角。 界面　 返回　 相位　 垂直　 传播方向　 界面处　 等于　 课前 知识梳理 返回导航 二、波的折射现象 1．波的折射：波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波传播的方向发生____________的现象叫作波的折射。 2．水波从深水区进入浅水区时，其波长变小。这是因为水波在传播过程中，__________保持不变，但水波在深水区的传播速率比在浅水区________，所以水波在深水区传播时的波长比在浅水区时________。 偏折　 频率　 快 长　 课前 知识梳理 返回导航 三、波的叠加原理 1．波的独立传播特性：大量事实证明，介质中的几列波相遇后，仍将保持着它们各自________________继续传播，并不因为有其他波的存在而发生变化。 2．波的叠加原理：在几列波传播的重叠区域内，质点要同时参与由几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的____________。 原有的特性　 矢量和　 课前 知识梳理 返回导航 四、波的干涉现象 1．波的干涉：__________________的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动加强，另一些区域的质点振动减弱，并且这两种区域互相____________、位置____________。这种稳定的叠加现象叫作波的干涉。 2．波的干涉现象是在特殊条件下波的叠加。____________只要满足一定条件都能发生干涉现象。 频率相同 　隔开　　 保持不变　 一切波 课前 知识梳理 返回导航 五、波的衍射现象 1．波的衍射：波能够绕到障碍物的后面传播的现象，叫作波的衍射。 2．发生波的明显衍射的条件：当缝的宽度或障碍物的尺寸大小与波长________________或__________________时，就能看到明显的衍射现象。 3．波的衍射的普遍性：一切波都能发生衍射现象。 相差不多　 比波长小 课前 知识梳理 返回导航 判断下列说法是否正确。 (1)波向前传播时，在两介质的界面上要么发生反射，要么发生折射，二者不会同时发生。(　　) (2)一切波遇到障碍物都会发生衍射现象。(　　) (3)只有当障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时，才会发生衍射现象。(　　) (4)只有频率相同的两列波才可以叠加。(　　) (5)两列波相叠加就能形成稳定的干涉图样。(　　) (6)两列波发生干涉时，振动加强的位置和减弱的位置是不变的。(　　) ×　 √　 ×　 ×　 ×　 √　 课前 知识梳理 返回导航 课堂 深度探究 PART 02 第二部分 11 知识点一　波的反射和折射   1．我们在山中、在大的空房间里大声说话时，都会听到回声，这属于波的什么现象？ 提示：波的反射。 课堂 深度探究 返回导航 2．如图所示，当波从介质Ⅰ传播到两介质的交界面时，返回介质Ⅰ的波和进入介质Ⅱ的波的频率变化吗？波长变化吗？   提示：返回介质Ⅰ时波的频率和波长均不变，进入介质Ⅱ时波的频率不变，波速变化，由v＝λf得，波长变化。 课堂 深度探究 返回导航 1．波的反射和折射的比较 比较项目 现象 波的反射 波的折射 传播方向 改变(θ反＝θ入) 改变(θ折≠θ入) 频率f 不变 不变 波速v 不变 改变 波长λ 不变 改变 课堂 深度探究 返回导航 2.说明 (1)频率f由波源决定。 (2)波速v由介质决定。因为折射波与入射波在不同的介质中传播，所以波速发生变化。 (3)据v＝λf知，波长λ与波速v及频率f有关，即与介质和波源有关。 课堂 深度探究 返回导航 √ 　 　(多选)下列说法正确的是(　　) A．波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长变短 B．波发生反射时，波的频率、波长、波速均不变 C．波发生折射时，波的频率不变，但波长、波速发生变化 D．波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化 [解析]　波发生反射时，在同一种介质中传播，频率、波长和波速均不变，A错误，B正确； 波发生折射时，从一种介质传播到另一种介质，波速发生变化，波的频率由波源决定，所以波的频率不变，由公式v＝λf可知，波长发生变化，C正确，D错误。 √ 课堂 深度探究 返回导航 √ √ 　 　(多选)以下关于波的认识，正确的是(　　) A．潜水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吸波材料，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直线传播 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 [解析]　声呐、雷达都是利用接收反射波来进行定位的，A正确，C错误； D选项中水波的传播方向发生改变属于波的折射现象，D正确； 隐形飞机是通过减少波的反射达到隐形的目的，B正确。 √ 课堂 深度探究 返回导航 知识点二　波的叠加 1．波的叠加 波的叠加原理是波具有独立传播特性的必然结果，由于总位移是两个位移的矢量和，所以叠加区域的质点的位移可能增大，也可能减小。 (1)两列波的叠加，(如图甲所示)振动加强，合振幅增大。 (2)两列波的叠加，(如图乙所示)振动减弱，合振幅减小。 课堂 深度探究 返回导航 2．叠加原理 几列不同波源产生的波，当它们在同一介质里传播时，在相遇处质点的总位移等于各列波单独存在时在该点所引起的振动位移的矢量和。叠加原理适用于一切波。 3．说明 波的叠加是无条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加。 课堂 深度探究 返回导航 √ 　 　(2023·阜新市第二中学高二月考)波源甲、乙分别在一根水平放置的绳的左右两端，两波源发出的波在绳中的传播速度均是1 m/s，在t＝0时刻绳上的波形如图中(a)所示，则根据波的叠加原理，以下叙述中正确的是(　　) A．当t＝2 s时，波形如图①所示，当t＝4 s时，波形如图②所示 B．当t＝2 s时，波形如图①所示，当t＝4 s时，波形如图③所示 C．当t＝2 s时，波形如图②所示，当t＝4 s时，波形如图①所示 D．当t＝2 s时，波形如图②所示，当t＝4 s时，波形如图③所示 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　根据波的叠加原理，由于波速v＝1 m/s，因此在t＝2 s时，两列波都传到2、3之间，叠加后各质点位移为0，如题图②所示；两列波传播时互不干扰，因此t＝4 s时，都传到了对方一侧，如题图③所示，因此D正确，A、B、C错误。 课堂 深度探究 返回导航 知识点三　波的干涉 1．发生干涉的条件 (1)两列波的频率相同； (2)相位差恒定。 说明：频率相同，振动方向相同，相位差恒定的两列波是相干波。发出相干波的波源称为相干波源。 2．产生稳定干涉图样的两列波的振幅越接近，干涉图样越明显。 课堂 深度探究 返回导航 3．干涉图样及其特征 (1)干涉图样。 课堂 深度探究 返回导航 (2)特征 ①加强区和减弱区的位置固定不变。 ②加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化)。 ③加强区与减弱区互相间隔。 课堂 深度探究 返回导航 课堂 深度探究 返回导航 课堂 深度探究 返回导航 √ 角度1　振动加强和减弱区的理解 　 　两列相干波在空间相遇，以下说法正确的是(　　) A．振动加强区域内的介质质点的位移始终最大 B．振动减弱区域内的介质质点的振幅随时间变化 C．振动加强区域内的介质质点某时刻可以处于平衡位置 D．振动加强区域内的介质质点，在任何时刻一定比振动减弱区域内的介质质点位移大 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　振动加强点也在做简谐运动，只是振幅变大了，某个时刻可能在平衡位置，位移为零，故A错误，C正确； 振动减弱区域内的介质质点的振幅是固定的，故B错误； 振动加强区域内的介质质点的振幅比振动减弱区域内的介质质点的振幅大，但不是任何时刻的位移都比振动减弱区域内的介质质点位移大，故D错误。 课堂 深度探究 返回导航 √ 　 　(2024·湖北武汉联考期中)如图所示，S1、S2是水面上两个振动情况完全相同的波源，其振动方向为竖直方向，S1、S2发出的波在水面上形成稳定的干涉图样，且波长均为2 cm。P是水面上的一点，且S1、S2、P三点刚好构成一个直角三角形，S1、S2两点之间的距离为6 cm，∠S1PS2＝53°。下列说法正确的是(　　) A．S1S2连线中点始终处于最大位移 B．S1P连线上(不包含S1点)共有2个振动加强点 C．S1S2连线上(不包含S1、S2两点)共有3个振动加强点 D．P点是振动减弱点 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　S1S2连线中点是振动加强点，其在自己的平衡位置附近做简谐运动，不是始终处于最大位移处，故A错误； 课堂 深度探究 返回导航 因为两列波振动情况完全相同，则当波程差等于半波长的偶数倍时，该点为振动加强点，所以S1S2连线上(不包含S1、S2两点)共有5个振动加强点，分别在距离S1为1 cm、2 cm、3 cm、4 cm、5 cm的位置，故C错误； 课堂 深度探究 返回导航 √ 角度2　波的干涉现象的分析 　 　两列相干水波的干涉图样如图所示，图中的实线表示波峰，虚线表示波谷。已知两列波的振幅均为5 cm，C点是BE连线的中点，下列说法正确的是(　　) A．图示时刻A、B两点的竖直高度差为10 cm B．P点保持静止不动 C．C为振动减弱点 D．再过半个周期，E点变为减弱点 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　由于振幅是5 cm，A点是波峰与波峰相遇，则A点相对于平衡位置高10 cm，B点是波谷与波谷相遇，则B点相对于平衡位置低10 cm，所以A、B两点间的竖直高度相差20 cm，故A错误； P点为波峰和波谷相遇的位置，为振动减弱点，且两列波的振幅相等，则P点保持静止不动，故B正确； 由题图可知，E点为振动加强点，再过半个周期，E点仍为振动加强点，故D错误。 课堂 深度探究 返回导航 知识点四　对波的衍射现象的理解   1．只有当障碍物或狭缝的尺寸跟波长相差不多时，才能发生波的衍射现象吗？ 提示：障碍物或狭缝的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是发生明显衍射的条件。衍射是波特有的现象，一切波都会发生衍射现象。 2．是否孔的尺寸越小，衍射现象越容易观察？ 提示：不是。当孔的尺寸非常小时，衍射波的能量很弱，实际上很难观察到波的衍射。 课堂 深度探究 返回导航 1．衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射。凡是能发生衍射现象的都是波。 2．波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异。波长较长的波容易发生明显的衍射现象。 3．波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛成为一个新的波源，由它发出与原来同频率的波在孔(障碍物)后传播，波就偏离了直线方向。因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况。 课堂 深度探究 返回导航 角度1　波的衍射现象 　 　(多选)下列为水波的衍射现象，S为波源，d为挡板上的小孔宽度，相邻弧线间距为一个波长，其中符合事实的是(　　) √ √ [解析]　A、B中小孔宽度远大于波长，衍射现象不明显，故A错误，B正确； C、D中小孔宽度远小于波长，衍射现象明显，但穿过小孔后，波速和频率不变，波长应不变，故C正确，D错误。 课堂 深度探究 返回导航 √ 角度2　波的衍射条件的应用 　 　(2024·江苏南京统考期中)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．减小波源到桥墩的距离 C．增大波源的频率 D．减小波源的频率 课堂 深度探究 返回导航 减小波源的振幅，减小波源到桥墩的距离对波长无影响，故A、B错误。 课堂 深度探究 返回导航 √ 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　水波通过狭缝后波长不变，A错误； 这是水波的衍射现象，衍射是波特有的性质，任何波都能发生衍射现象，B错误； 该实验的狭缝宽度相等，波长不等，则此现象可以说明，缝宽一定，波长越长衍射现象越明显，C错误，D正确。 课堂 深度探究 返回导航 随堂 巩固落实 PART 03 第三部分 41 √ 1．(波的反射和折射)(多选)(2024·甘肃白银校考)下列叙述中属于波的反射现象的是(　　) A．夏日的雷声有时会轰鸣不绝 B．隔墙有耳 C．在空房间里讲话，会感到声音更响 D．水波从深水区进入浅水区传播方向发生改变 √ 随堂 巩固落实 返回导航 解析：夏日的雷声有时会轰鸣不绝，这是波的反射现象，故A正确； 隔墙有耳，这是波可以绕过障碍物继续传播的衍射现象，故B错误； 在空房间里讲话，会感到声音更响，这是波的反射现象，故C正确； 水波从深水区进入浅水区传播方向发生改变，这是波的折射现象，故D错误。 随堂 巩固落实 返回导航 √ 2．(波的折射)对于波的折射现象，下列说法正确的是(　　) A．当入射速度小于折射速度时，折射后波长变大 B．当波垂直于界面入射时，传播方向不改变，波速和波长都不改变 C．在波的折射中，波的频率和波长不改变，波速发生改变 D．波发生折射时一定不会发生反射现象 随堂 巩固落实 返回导航 解析：由v＝λf可知当入射速度小于折射速度时，折射后频率不变，波长变大，A正确； 当波垂直于界面入射时，尽管传播方向不改变，但由于介质发生改变，波速和波长都改变，但周期、频率不变，B、C错误； 波发生折射时也可以在两种介质界面上发生反射现象，D错误。 随堂 巩固落实 返回导航 √ 3．(波的干涉和衍射)(2023·上海市控江中学期中)关于波的干涉和衍射，正确的说法是(　　) A．有的波能发生干涉现象，有的波能发生衍射现象 B．产生干涉现象的必要条件之一，就是两列波的频率相等 C．波发生衍射现象的条件是障碍物的尺寸与波长比较相差不多或比波长小 D．在干涉图样中，振动加强区域的质点，其位移始终保持最大 随堂 巩固落实 返回导航 解析：一切的波都能发生衍射现象，发生明显的衍射现象必须是波的波长比障碍物尺寸大得多或相差不大才行，A、C错误； 产生干涉现象的必要条件之一，就是两列波的频率相等，B正确； 在干涉图样中，振动加强区域的质点，也在做周期性的振动，所以其位移不是始终保持最大，D错误。 随堂 巩固落实 返回导航 √ 4．(波的衍射)(2024·江苏常州中学期中)某同学在实验室利用发波水槽演示了波的衍射现象，调整缝的宽度PQ＝5 cm，M、N为挡板后放置的两个浮球，实验时发现两浮球始终静止不动，则下列说法正确的是(　　) A．适当增大振源的振幅，两浮球一定能上下浮动 B.适当增大振源的频率，两浮球一定能上下浮动 C．将缝的宽度适当调小，则两浮球可能上下浮动 D．无论如何调节振源的频率，两浮球始终静止 随堂 巩固落实 返回导航 解析：当缝的宽度PQ＝5 cm时，两浮球始终静止不动，可知此时波的衍射现象不明显，即波的波长远小于此时缝宽，若将缝的宽度适当调小，当波长和缝宽接近或者大于缝宽时可发生明显的衍射现象，即此时两浮球可以上下浮动，但是适当增大振源的振幅，对衍射现象无影响，两球一定不能上下浮动，故A错误，C正确。 根据公式可知，由于波在同种介质中的传播速度不变，故当增大振源的频率时波长变短，若波长仍远小于缝宽，不会有明显的衍射现象，两浮球不可能上下浮动；当减小振源的频率时，波长变大，当波长和缝宽接近或者大于缝宽时可发生明显的衍射现象，此时两浮球会上下浮动，故B、D错误。 随堂 巩固落实 返回导航 5.(波的干涉)(2024·四川绵阳南山中学期末)如图所示的是振幅均为A的两列相干水波在某时刻的叠加情况，图中实线表示波峰，虚线表示波谷，E点是BD连线和AC连线的交点，下列说法正确的是(　　) A．E点是减弱点 B．过四分之一周期，E点离开平衡位置的距离为2A C．该时刻B、D两点的竖直高度差为2A D．该时刻A、C为减弱点，过半个周期将变为加强点 √ 随堂 巩固落实 返回导航 解析：D点是两列相干水波波峰与波峰的叠加点，B点是两列相干水波波谷与波谷的叠加点，则B、D两点为振动加强点，E点是BD连线和AC连线的交点，故E点是振动加强点，故A错误； 过四分之一周期，两列相干水波在E点处均为波峰，E点离开平衡位置的距离s＝A＋A＝2A，故B正确； B、D两点为振动加强点，该时刻B、D两点的竖直高度差Δh＝2A－(－2A)＝4A，故C错误； 该时刻A点、C点是两列相干水波波峰与波谷的叠加点，则A、C为减弱点，过半个周期将仍为减弱点，故D错误。 随堂 巩固落实 返回导航 $