3.3《波的反射、折射和衍射》导学案-2022-2023学年高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册(含答案)

高二物理选择性必修一3.3《波的反射、折射和衍射》导学案学习目标：1.理解波的反射、折射现象及折射率的计算；2.了解波的衍射，以及波产生明显衍射现象的条件。学习过程:声音在传播过程中，遇到障碍物时会发生反射。对着远处的峭壁大喊一声会听到回声，就是声波在峭壁上反射的结果。生活中，你是否注意过水波的反射？波的反射应该遵从什么规律？在发波水槽一端有一平板振动发生器，振动发生器在水槽中能够产生水波。在水槽中斜向放置一个挡板，观察水波在传播过程中发生的现象。一、波的反射1．定义：波在传播过程中，遇到两种介质的分界面时返回到原介质继续传播的现象．观察图3.3-1，用射线代表波的入射方向和反射方向，传播的路径有什么特点？2．波的反射定律：当波传播到两种介质的交界处发生反射时，射线、法线、射线在内，反射线与入射线分别位于，而且反射角等于；反射波的波长、频率和波速都与相同．思考讨论：生活中的波的反射二、波的折射在光的传播过程中，在遇到不同的介质时，由于光速的变化，会发生折射，我们知道在不同的介质中，机械波的速度也不同，也会发生波的折射。1．定义：波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生偏折的现象．观察图3.3-2，是一列水波在深度不同的水域传播时发生的折射现象，这里发生水波折射现象的原因是什么？在不同介质的分界面，也会发生类似的现象。2．折射定律：波从第一种介质进入第二种介质分界面处会发生折射现象，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波速跟第二种介质中的波速之比，即sinγsini例题：以下关于波的认识,不正确的是()A.潜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隐形物质,是为了减少波的反射,从而达到隐形的目的C.超声雷达的工作原理是利用波的折射D.水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象,是波的折射现象讨论与总结：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．2．波速是由介质决定的，波反射时是在同一介质中传播，因此波速，波折射时是在不同介质中传播，因此波速．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＝eq\f(v,f)可知波长；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由λ＝eq\f(v,f)可知波长，反之变小．三、波的衍射在次声波的传播过程中，次声波很容易绕过障碍物，其实是一种衍射现象。1.波的衍射：波可以绕过障碍物继续传播的现象水波的衍射实验图3.3-3波长一定的水波通过宽度不同的狭缝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（图甲）。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（图乙）。现象：水波绕过小孔或障碍物继续传播．图3.3-4在狭缝宽度一定的情况下，波长对衍射实验的影响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，才能观察到明显的衍射现象.3．波的衍射的普遍性：一切波都能发生，衍射是波特有的现象.衍射现象总是存在的,只有明显和不明显的差异。波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况。例题：如图所示，O是水面上一波源，实、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷，A是挡板，B是小孔。不考虑波的反射因素，则再经过一段时间后，关于水面上的波形分布情况，下列说法正确的是（）A．整个区域都分布有水波B．阴影Ⅰ以外区域分布有水波C．阴影Ⅱ以外区域分布有水波D．阴影Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都没有水波例题：如图所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60m，在防波堤后A、B两处有两个小船进港躲避风浪。某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播，下列说法中正确的是（）A．假设波浪的波长约为10m，则A、B两处小船完全不受波浪影响B．假设波浪的波长约为10m，则A、B两处小船明显受到波浪影响C．假设波浪的波长约为50m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响D．假设波浪的波长约为50m，则A、B两处小船明显受到波浪影响课堂训练：1.如图所示，在水槽中放两块挡板，挡板中间留一个狭缝，观察水波经过狭缝后的传播情况。已知水波的波长不变，但狭缝的宽度不同，甲图狭缝较宽，乙图狭缝较窄。下列说法正确的是（）A．机械波经过狭缝后均沿直线传播B．甲图狭缝宽度比波长大得较多，衍射现象比较明显C．乙图狭缝宽度跟波长相差不大，衍射现象比较明显D．甲、乙两图中波的衍射现象均不明显2.一列简谐横波在t=0.2s时刻的波形如图甲所示，位于平衡位置的质点A、B，介质中B质点的振动图像如图乙所示，下列说法正确的是（）A．该波沿x轴负向传播B．A、B两点的速度和位移有可能在某个时刻均相同C．再经过0.3s，B质点通过的总路程为0.1mD．若此波遇到一个宽0.3m的障碍物，则能发生明显衍射课后作业：1.机械波在传播过程中遇到障碍物时会发生反射，如果用射线表示波的传播方向，下列说法正确的是（）A．入射线与反射线一定在同一平面内，法线与这一平面垂直B．入射线与反射线可能在法线同侧C．“回声”是声波的反射现象D．“回声”是声波的折射现象2.一列水波穿过小孔产生衍射，衍射后的水波（）.A．波长增大 B．周期增大 C．频率减小 D．振幅减小3.下列关于波的衍射的说法不正确的是()A．衍射是一切波特有的现象B．对同一列波，缝、孔或障碍物越小，衍射现象越明显C．只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象D．声波容易发生衍射现象是由于声波波长较长4.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，折射方向偏离法线B．当波垂直界面入射时，传播方向不改变，波速和波长都不改变C．在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变D．波发生折射时一定不会发生反射现象5.图中S为在水面上振动的波源，M、N是水面上的两块挡板，其中N板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水面没有明显振动，为使A处水面也能发生明显振动，可采用的方法是()A．使波源的频率增大B．使波源的频率减小C．移动N使狭缝的间距增大D．在不移动M板的情况下，不能使A处发生明显振动6.小河中有一个实心桥墩P，A为靠近桥墩浮在平静水面上的一片树叶，俯视如图所示。现在S处以某一频率拍打水面，使形成的水波能带动树叶A明显振动起来，可以采用的方法是（）A．以较低的频率拍打水面 B．以较高的频率拍打水面C．只要拍打，A就会明显振动 D．无论怎样拍打，A都不会明显振动7.如图所示，实线a是沿x轴传播的一列简谐横波在t＝0时刻的波形图，虚线b是这列波在t＝0.7s时刻的波形图。已知该波的波速是v＝10m/s，根据图形，则下列说法正确的是（）A．t＝0时刻x＝-3m处的质点向上振动B．该横波若遇到4m在障碍物不能发生明显衍射，但能发生明显反射C．经过t＝1s，x＝1m处的质点速度最大，方向沿y轴正方向D．t＝2.75s时刻x＝4m处的质点离开平衡位置位移为23cm8.如图所示为两列不同频率的水波通过相同的小孔所形成的衍射图样，由图可知，两列波的波长和频率的大小关系是（）A．λA＞λB，fA＞fB B．λA＜λB，fA＜fBC．λA＞λB，fA＜fB D．λA＜λB，fA＞fB9.“B超”可用于探测人体内脏的病变状况。图是超声波从肝脏表面入射，经折射与反射，最后从肝脏表面射出的示意图。超声波在进入肝脏发生折射时遵循的规律与光的折射规律类似，可表述为sinγsini=v2v1（式中i是入射角，γ是折射角，v1、v2分别是超声波在肝外和肝内的传播速度），超声波在肿瘤表面发生反射时遵循的规律与光的反射规律相同，已知v2=0.9v1，入射点与出射点之间的距离是A．9dsini2100−81sin2iB．10.甲、乙两人分乘两只小船在湖中钓鱼，两船相距24m。有一列水波在湖面上传播，使每只船每分钟上下浮动20次，当甲船位于波峰时，乙船位于波谷，这时两船之间还有5个波峰。(1)此水波的波长为多少？波速为多少？(2)若此波在传播过程中遇到一根竖立的电线杆，是否会发生明显的衍射现象？(3)若该波经过一跨度为30m的桥洞，桥墩直径为3m，桥墩处能否看到明显衍射？(4)若该桥为一3m宽的涵洞，洞后能否发生明显衍射？11.一列声波在空气中的波长为0.2m，当该声波从空气中以某一角度传入介