《波的反射、折射和衍射》课件

《波的反射、折射和衍射》文学文化中的科学知识《红楼梦》中有个非常有名的人物：“未见其人，先闻其声”这人是谁？大家可知道“余音绕梁，三日不绝”的出处？《列子.汤问》里记载：秦青顾谓其友曰：“昔韩娥东之齐，匮粮，过雍门，鬻歌假食。既去而余音绕梁欐，三日不绝，左右以其人弗去。”传说春秋战国时代，韩国有个名叫韩娥的歌唱能手，为了赞美她的歌声，有了“余音绕梁，三日不绝”这个成语。以上两个文学事例里包含了什么物理知识呢？原始的捕鱼方法——叉鱼！鱼叉是直的，为什么我们看到视频里的鱼叉插进水中是弯的？要想叉到鱼需要注意什么呢？波的反射、折射和衍射一、波的反射

波的反射：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。波的反射现象存在什么规律？模型建构一、波的反射法线分界面反射定律：（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．入射角：反射角：反射线与法线的夹角

叫做反射角入射线与法线的夹角

叫做入射角怎样表示水波的入射方向和反射方向？生活思考一、波的反射“余音绕梁，三日不绝”中的科学知识是声波的反射，当然这里运用了夸张的表达手法如图所示，一场大雪过后，人们会感到外面万籁俱静．这是怎么回事？难道是人的活动减少了吗？提示：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.生活思考一、波的反射二、波的折射

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。模型建构界面介质I介质II法线波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同折射定律：折射角（

）：折射波的波线与两介质界面法线的夹角

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。二、波的折射二、波的折射1.当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线。2.当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线。3.当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例。4.在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变。模型建构注意：界面介质I介质II法线所以大家现在知道要想精准叉到鱼，要怎么叉了吗？界面介质I介质II法线二、波的折射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不变改变比较波的反射与折射二、波的折射生活思考

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？

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地比较远的原因．三、波的衍射

波绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。1.一切波都能发生衍射2.衍射是波特有的现象波在什么条件下能够发生明显的衍射现象呢？三、波的衍射实验探究演示1：下面通过一个模拟视频观察水波通过不同宽度狭缝的传播情况水波通过狭缝后的传播情况结论1：波长一定的情况下，狭缝窄的，衍射现象比较明显是不是可以得出结论狭缝越窄，衍射越明显呢？演示2：保持狭缝的宽度不变，改变水波的波长，观察波的传播情况有什么变化。波长为狭缝宽度的波长为狭缝宽度的波长分别是狭缝宽度的结论2：狭缝的宽度不变的情况下，波长越接近狭缝宽度，衍射现象越明显三、波的衍射实验探究只有缝、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、波的衍射实验探究结论1：波长一定的情况下，狭缝窄的，衍射现象比较明显结论2：狭缝的宽度不变的情况下，波长越接近狭缝宽度，衍射现象越明显发生明显衍射现象的条件：现在大家能说说，刚上课时提到的“未见其人，先闻其声”是因为什么了吗？声波的衍射三、波的衍射生活思考医院中有一种“B超”仪器，常用来探测人体内脏的位置及发现可能的病变，这种仪器为什么要使用超声波而不用普通的声波？三、波的衍射生活思考1）超声波的频率范围为大于20000Hz，其相应波长小于17mm；超声波波长短，不易衍射，在一定距离内沿直线传播，方向性好，故所拍图像清晰。2）超声波频率高，故超声波能量大，才容易穿透皮肤和组织。

课堂小结一、

波的反射：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。二、波的折射：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。四、波的衍射：波绕过障碍物继续传播的现象。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不变改变三、波的反射与折射的比较只有缝、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。问题一波的反射及其应用[情境探究]如图所示,在水槽中,点波源所发出的圆形水波遇直线界面反射后的波形仍为同心圆形。请举例说明生活中波的反射现象。要点提示

回声是声波的反射现象,对着山崖或高墙说话,声波传到山崖或高墙时,会被反射回来继续传播。[知识归纳]1.波的反射波遇到障碍物会返回原介质继续传播的现象。反射波的波长、频率和波速都跟入射波相同。2.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=(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)。3.超声波定位蝙蝠、海豚能发出超声波,超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来。蝙蝠、海豚就是根据接收到反射回来的超声波来确定障碍物或食物的位置,从而确定飞行或游动方向。要点笔记

波在同一种均匀介质中传播时波速不变。[典例剖析]例题1有一辆汽车以15m/s的速度匀速行驶,在其正前方有一陡峭山崖,汽车鸣笛2s后司机听到回声,此时汽车距山崖的距离有多远?(v声=340m/s)解析

汽车匀速行驶,速度为v车=15

m/s,声音在空气中传播速度不变。汽车从发出笛声到接收到笛声,二者运动时间相同。如图所示。设汽车在A点发出笛声,A点到山崖B的距离为x1,汽车运动到C点接收到笛声,设AC距离为x2,CB距离为x,因二者运动时间相同,则有x1=x2+x①x1+x=v声t=340

m/s·t②x2=v车t=15

m/s·t③联立①②③得x=325

m。答案

325m规律方法

声波反射的应用技巧(1)利用反射定律解决实际问题,主要是利用声波的直线传播及其反射特点,考查匀速直线运动规律的应用。(2)利用声波的反射测量距离、速度是此类问题的重

点,应利用声波的直线传播和反射定律作出声波传播的示意图,再结合几何关系求解。变式训练1甲、乙两人平行站在一堵墙前面,二人相距2a,距离墙均为

a,当甲开了一枪后,乙在时间t后听到第一声枪响,则乙听到第二声枪响的时间为(

)A.听不到 B.甲开枪3t后C.甲开枪2t后 D.甲开枪

后解析

乙听到第一声枪响必然是甲放枪的声音直接传到乙的耳中,故t=。甲、乙二人及墙的位置如图所示,乙听到第二声枪响必然是墙反射的枪声,由反射定律可知,波线如图中AC和CB所示,由几何关系可得AC=CB=2a,故第二声枪响传到乙的耳中的时间t'==2t。答案

C问题二波的反射、折射现象中各量的变化[情境探究]波由介质Ⅰ进入介质Ⅱ时频率变化吗?波长变化吗?要点提示

频率不变;波长变化。[知识归纳]比较项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(1)频率f由波源决定。无论是反射波还是折射波都与入射波的频率相等,即波源的振动频率相同。(2)波速v由介质决定。反射波与入射波在同一介质中传播,波速不变,折射波与入射波在不同介质中传播,波速变化。(3)据v=λf知,波长λ与波速和频率有关。反射波与入射波频率相同、波速相同,故波长相同,折射波与入射波在不同介质中传播,频率相同,波速不同,故波长不同。[典例剖析]例题2一列声波在空气中的波长为0.25m。当该声波传入某种介质中时,波长变为0.8m,若空气中的声速是340m/s。求:(1)该声波在介质中传播时的频率;(2)该声波在介质中传播的速度大小。解析

(1)声波在空气中传播时,由v=λf得由于声波在不同介质中传播时,频率不变,所以声波在该介质中传播时,频率仍为1

360

Hz。(2)由v=λf得v2=λ2f=0.8×1

360

m/s=1

088

m/s。答案

(1)1360Hz

(2)1088m/s要点笔记

波在传播过程中频率不变,在不同介质中传播时速度不同。变式训练2下列说法正确的是(

)A.入射波的波长和反射波的波长相等B.入射波的波长大于折射波的波长C.入射波的波长小于折射波的波长D.入射角与折射角之比等于两波速之比解析

同一波在同一介质中波长、波速是一定的,故选项A正确;介质不确定时,入射波和折射波的波长大小关系无法确定,选项B、C错误;入射角的正弦与折射角的正弦之比才等于两介质中的波速之比,选项D错误。答案

A问题三对波的衍射现象的理解[情境探究]向平静的水面投一块小石子,水面会形成一圈圈美丽的波纹。这些波纹遇到露出水面的较小的石块会产生怎样的现象呢?要点提示

水波会绕过石块继续向前传播。[知识归纳]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。(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。(3)产生明显衍射的条件产生明显衍射现象,必须具备一定的条件:障碍物或孔的尺寸比波长小,或者跟波长相差不多。要点笔记

障碍物或孔的尺寸大小并不是决定衍射能否发生的条件,仅是衍射现象是否明显的条件,一般情况下,波长较大的波容易发生明显衍射现象。2.波的衍射现象分析波传到小孔时,小孔仿佛是一个新的波源,由它发出与原来同频率的波在孔后传播,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现象不明显时的近似情形。[典例剖析]例题3(多选)观察水面波衍射的实验装置如图所示,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)之间距离表示一个波长,则波经过孔之后的传播情况,下列描述正确的是(

)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解析

从题图中可看出孔AB的尺寸小于一个波长,所以此时能明显地观察到波的衍射