《波的反射、折射和衍射》课件

第三章机械波3波的反射、折射和衍射学习目标学法指导1．熟悉波的反射和折射的规律2．认识波的衍射现象3．知道衍射是波特有的现象4．熟悉波发生明显衍射的条件1．类比光的反射、折射、衍射等规律，分析光与机械波的联系2．总结波的反射、折射和衍射的应用事例，思考其原理，逐步提升应用知识的能力知识导图课前·自主预习1．反射现象波遇到介质界面会________继续传播的现象．2．反射角与入射角(1)入射角：________线与法线的夹角，如图中的α.(2)反射角：________线与法线的夹角，如图中的β.波的反射、折射返回来

入射

反射

3．反射定律反射线、法线与入射线在_________内，反射线与入射线分居法线两侧，反射角______入射角．注意：反射波与入射波的波长、频率、波速都相等，但由于反射面吸收一部分能量，反射波传播的能量将减少．4．折射现象(1)波在传播过程中，从一种介质______另一种介质时，波的______方向发生改变的现象．(2)一切波都会发生________现象．同一平面等于

进入传播

折射

人们听不清对方说话时，除了让一只耳朵转向对方，还习惯性地把同侧的手附在耳旁，如图这样做是利用声波的什么特点提高耳朵的接收能力？【答案】在耳廓原有形状、面积的基础上增加一个手的面积是为了增加波的反射面积来提高耳朵的接收能力．

一列声波从空气中传入水中，已知水中声速较大，则声波频率________(填“变大”“变小”或“不变”)，波长________(填“变大”或“变小”).【答案】不变变大【解析】由于波的频率由波源决定，因此波无论在空气中还是在水中频率都不变，又因波在水中速度较大，由公式v＝λf可得，波在水中的波长变大．(1)定义：波可以___________继续传播，这种现象叫作波的衍射．(2)发生明显衍射现象的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长__________或者比波长________时，才能发生明显的衍射现象．(3)一切波都能发生________，________是波特有的现象．波的衍射绕过障碍物相差不多更小衍射衍射

是否孔的尺寸越小，衍射现象越容易观察？【答案】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． (多选)关于波的衍射现象，下列说法正确的是 (

)A．当孔的尺寸比波长大时，一定不会发生衍射现象B．只有孔的尺寸与波长相差不多时，或者比波长还小时才会观察到明显的衍射现象C．只有波才有衍射现象D．“闻其声而不见其人”属于波的衍射现象【答案】BCD

【解析】当孔的尺寸比波长大时，会发生衍射现象，只不过不明显．只有当孔、缝或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才会发生明显的衍射现象．课堂·重难探究1．波的反射和折射的比较波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射和折射现象，一些物理量发生了相应变化，比较如下：波的反射和折射中物理量的变化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2．说明(1)频率f由波源决定，故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率，即波源的振动频率相同．(2)波速v由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变；而折射波与入射波在不同介质中传播，所以波速变化．(3)据v＝λf知，波长λ与v及f有关，即与介质及波源有关．反射波与入射波在同一介质中传播，频率相同，故波长相同．折射波与入射波在不同介质中传播，f相同，v不同，故λ不同．波的反射现象例1某人想听到自己发出的声音的回声，若已知声音在空气中的传播速度为340m/s，那么他至少要离障碍物多远？(原声与回声区分的最短时间为0.1s)【答案】17m

【解析】在波的反射现象中，反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同，只有声波从人所站立的地方到障碍物再返回来全部经历的时间在0.1s以上，人才能辨别出回声，则应有2s＝vt，可得他至少要离障碍物的距离A．甲开枪t后B．甲开枪3t后C．甲开枪2t后D．甲开枪t后【答案】C

回声测距的方法技巧利用回声测距是波的反射的一个重要应用，它的特点是声源正对障碍物，声源发出的声波与回声在同一条直线上传播．1．若是一般情况下的反射，反射波和入射波是遵从反射定律的，可用反射定律作图后再求解．2．利用回声测距时，要特别注意声源是否运动，若声源运动，声源发出的原声至障碍物再返回至声源的这段时间与声源的运动时间相同．3．解决波的反射问题，关键是根据物理情境规范作出几何图形，然后利用几何知识结合物理规律进行解题．1．衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射．凡能发生衍射现象的都有波的存在．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)仿佛是一个新波源，由它发出与原来同频率的波在小孔(障碍物)后传播，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．波的衍射波的衍射例2如图所示为波源O传出的一列水波，相邻实线间的距离等于一个波长，下列说法正确的是 (

)A．波通过孔A，不发生明显的衍射现象B．波通过孔B，不发生衍射现象C．波遇到障碍物C，发生明显的衍射现象D．波遇到障碍物D，发生明显的衍射现象【答案】D【解析】孔B和障碍物C尺寸明显大于波长，不会发生明显衍射现象，但仍会发生衍射现象，只是不明显，不易观察，B、C错误；孔A和障碍物D尺寸分别小于和接近波长，会发生明显衍射现象，A错误，D正确．变式2

(多选)如图所示分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(A、B图)或障碍物(C、D图)，其中能发生明显衍射现象的有 (

)A

BC

D【答案】BD

【解析】图B中小孔与波长相差不多，能发生明显衍射．图D中障碍物与波长相差不多，能发生明显衍射．故B、D正确．

衍射现象的两点提醒1．障碍物的尺寸的大小不是发生衍射的条件，而是发生明显衍射的条件，波长越大越易发生明显衍射现象．2．当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分明显，但衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射．核心素养应用波的应用——B超人们在说话或唱歌的时候，我们听到的声音称为声波，它的频率在20～20000Hz，超过20000Hz以上的声波，人耳就不能听见，称为超声波，简称超声．超声在诊断疾病时，有多种形式：①以振幅(amplitude)形式诊断疾病的称“一维显示”,因振幅第一个英文字母是A，故称A超，又称一维超声；②以灰阶即亮度(brightness)模式形式来诊断疾病的称“二维显示”，因亮度第一个英文字母是B，故称B超，又称二维超声或灰阶超声．例3医用B超仪发出的超声波频率为7.25×104Hz，这种超声波在人体内传播的波长为2cm，在给某患者的肝脏病变部分进行检测时(如图)，从探头发出的同一超声脉冲波经病变部分反射回到探头有两个信号，相隔时间为Δt＝32μs，试计算患者病变部分的大小．【答案】2.32cm

【解析】超声脉冲波在进到病变区的前后界面上会发生两次反射，忽略波速在肝脏中的速度变化，则有：v＝λf＝7.25×104×2×10－2m/s＝1450m/s.小练·随堂巩固1．(多选)下列现象中利用波的反射的是 (

)A．在水里的人能听到岸上的声音B．医生给病人做超声波检查C．渔民利用声波探测鱼群D．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况【答案】BCD

【解析】在水里的人能听到岸上的声音是利用了声波的折射，超声波检查身体、潜艇中的声呐都是利用了超声波的反射，渔民利用声波探测鱼群利用了声波的反射，故A错误，B、C、D正确．2．下列现象中属于声波的衍射现象的有 (

)A．隔着墙壁听到别人说话的声音B．雨天雷声轰鸣C．山谷中听到回声D．在室外演讲更费力【答案】A3．(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，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【答案】BC

【解析】波发生反射时，在同一种介质中传播，因此波长、波速和频率不变；波发生折射时，频率不变，波速和波长发生变化．故A、D错误，B、C正确．4．(多选)一列水波通过某孔的实际情况如图所示，现把孔的尺寸变小，或者把水波的波长变大，水波通过孔后的假想情况如图中四幅图所示，其假想错误的图示有(

)ABCD【答案】BD

【解析】衍射现象是普遍存在的．波遇到障碍物时都有绕过障碍物的特性，即衍射现象，但只有当障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多时才能观察到明显的衍射现象．同种介质中衍射波长不变．5．在空旷的广场