【高中物理】波的反射、折射和衍射 高二物理同步备课系列（人教版2019选择性必修第一册）

第3节

波的反射、折射和衍射目录03波的衍射0102波的折射波的反射课堂引入对着远处的峭壁大喊一声会听到回声，这是什么原因？声波的反射你是否注意过水波的反射？水波的反射波的反射应该遵从什么规律？第一部分：波的反射（一）波的反射概念当波传播到两种介质的分界面时，一部分返回来继续传播的现象。反射线与法线的夹角

叫做反射角。入射角

：入射线与法线的夹角

叫做入射角。反射角

：2.反射定律：（1）入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分居法线两侧，反射角等于入射角。（2）反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同．（3）波遇到两种介质界面时，总存在反射．1.定义：法线分界面（二）生活中波的反射现象夏日的雷声轰鸣不绝，声波在云层界面多次反射。（二）生活中波的反射现象人耳只能分开相差0.1s以上的声音,在房间里听不到回声.（二）生活中波的反射现象如图所示，一场大雪过后，人们会感到外面万籁俱寂．这是怎么回事？难道是人的活动减少了吗？【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。（二）生活中波的反射现象回声测距的原理是什么？(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=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远离静止的声源时,声源发声时障碍物到声源的距离s=(v声-v)。第二部分：波的折射（一）思考与讨论鱼叉是直的，我们看到视频里的鱼叉插进水中是弯的,正如我们看到的水中的铅笔，这就是光的折射现象。机械波会发生折射吗？（二）波的折射1.定义：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生了改变的现象叫做波的折射。2.折射定律：折射角（r）：折射波的波线与两介质界面法线的夹角r叫做折射角。入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居法线两侧．入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比。界面介质I介质II法线（二）波的折射（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。（1）折射的原因：是波在不同介质中的速度不同.3.理解（5）折射时，波的频率不变，波速和波长都发生改变。（三）生活中波的反射现象如图所示，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？【分析】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．（四）波的反射与折射对比波的反射与折射有什么不同点？波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不变改变第三部分：波的衍射（一）思考与讨论在水塘里微风激起的水波遇到突出水面的小石子、芦苇等会出现什么现象？会绕过它们继续传播，好像它们不存在一样。（二）波的衍射1.定义：波绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。障碍物阴影区阴影区波源衍——延展之意波的衍射——波延展到“影子”区域里的现象。（二）波的衍射波在什么条件下能够发生明显的衍射现象？实验：在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况。保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观察水波的传播情况有什么变化。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。（三）发生明显衍射的条件发生明显衍射的条件：（3）障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是发生明显衍射的条件。（4）一般情况下，波长较大的波容易产生明显的衍射现象。（1）衍射是波特有的现象，一切波都会产生衍射现象。（2）衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异。巩固提升课堂小结波的反射、折射和衍射波的反射定义：波遇障碍物返回继续传播叫波的反射。规律２．反射角等于入射角．波的折射定义：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。规律：入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居法线两侧．波的衍射定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象规律：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。1．入射波波线反射波波线和法线在同一平面内．课堂检测1.如图所示,某列波以60°的入射角由甲介质射到乙介质的界面上同时产生反射和折射,若反射波的波线与折射波的波线的夹角为90°,此波在甲介质中的波速为2.08×105km/s,在乙介质中的波速为1.2×105km/s。(1)该波的折射角为多少?(2)该波在两种介质中的波长比为多少?答案:(1)30°解析:(1)由反射定律可得反射角为60°,由题图的几何关系可得折射角为r=30°。课堂检测2.对于波长为100m的声波,下列说法正确的是(

)A.在同一介质中,比波长为20m的声波传播快B.在空气中的频率比在水中大C.声波能发生折射,但折射后频率发生变化D.声波能发生反射,但反射后波速不变答案:D解析:机械波的传播速度由介质决定,波的频率由波源决定,与介质无关,所以折射后,波进入另一种介质,传播速度发生变化,反射后回到原来的介质,传播速度不变,故D选项正确。课堂检测3.

(多选)右图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(

)A.此时能观察到波明显的衍射现象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,能观察到更明显的衍射现象答案:ABC课堂检测解析:观察题图可知道孔的尺寸与波长差不多,能观察到波明显的衍射现象,故选项A对;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应相等,故选项B对;若将孔AB扩大,且孔的尺寸远大于波长,则可能观察不到明显的衍射现象,故选项C对;若f增大,由λ=,知λ变小,衍射现象变得不明显了,故选项D错。课堂检测4.小河中有一个实心桥墩P,A为靠近桥墩浮在水面上的一片树叶,俯视图如图所示,小河水面平静。现在S处以某一频率拍打水面,使形成的水波能带动树叶