广西专版新教材高中物理第3章机械波3波的反射折射和衍射课件新人教版选择性必修第一册
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改变,θ折≠θ入
不变
改变
改变
一列声波从空气中传入水中,已知水中声速较大,则声波从
空气中传入水中后,声波的频率和波长将如何变化?
提示:由于波的频率由波源决定,因此波无论在空气中传播
还是在水中传播频率都不变。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。
典例剖析
在渔船上利用超声波可以探测鱼群的位置,在它向选定的方
向发射出频率为5.8×104 Hz的超声波后,经过0.64 s收到从鱼
群反射回来的反射波,已知5.8×104 Hz的超声波在水中的波
长为2.5 cm,则这群鱼到渔船的距离为
m。
答案:464
解析:超声波在水中的传播速度
v=λf=2.5×10-2×5.8×104 m/s=1.45×103 m/s。
所以鱼群到船的距离 x= vt= ×1.45×103×0.64 m=464 m。
多,所以②图能比①图发生更明显的衍射;一列水波在传播过
程中遇到了障碍物(③④图),相比而言④图的障碍物的尺寸比
③图小,且④图的波长大于障碍物的尺寸,所以④图能发生明
显的衍射。故选项B正确。
5.一列声波在介质Ⅰ中的波长为0.2 m。当该声波从空气中
以某一角度传入介质Ⅱ中时,波长变为0.6 m,如图所示。介质
射现象,选项D正确。隐形飞机通过减少波的反射达到隐形的
目的,选项B正确。
2.有一障碍物的尺寸为10 m,下列哪列波在遇到它时衍射现
象最明显(
)
A.波长为4 m的机械波
B.波长为10 m的机械波
C.频率为100 Hz的声波
D.频率为5 000 MHz的电磁波(波速为3×108 m/s)
答案:B
解析:空气中声波波速大约为340 m/s,由 λ=
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
答案:ABD
解析:声呐、雷达都是利用接收反射波来进行定位的,选项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
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。具体如下表所示。
波现象
传播方向
频率f
波速v
波长λ
波的反射
改变,θ反=θ入
不变
不变
不变
波的折射
在介质Ⅱ中传播时,频率为1 700 Hz。
(2)由v=λf得声波在介质Ⅱ中的传播速度为
v2=λ2f=0.6×1 700 m/s=1 020 m/s。
3.衍射现象与观察的矛盾。
当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出,但由于衍射波
的能量很弱,衍射现象不容易观察到。
既然一切波都能够发生衍射,那为什么生活中见不到光的衍
射现象?
提示:可见光的波长通常在0.4~0.7 μm的范围内,跟一般障碍
物的尺寸相比非常小,所以通常的情况下看不到光的衍射,看
到的是光的直线传播。
)
A.1 m
B.0.8 m
C.0.8 cm
D.1.2 cm
答案:CD
解析:在水槽中,振子振动所激发的水波波长为λ= = cm
=1 cm,小孔尺寸与波长相差不大时,易发生明显衍射现象。
所以选项C、D正确。
随 堂 训 练
1.(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
D.如果孔大小不变,使波源频率增大,能更明显地观察到
答案:ABC
衍射现象
解析:波有明显衍射现象的条件:障碍物或孔的尺寸比波长小
或差不多。从题图中可看出孔AB的尺寸小于一个波长,所以
此时明显地观察到衍射现象,选项A正确。因为穿过挡板小孔
后的波速不变,频率相同,所以波长也相同,选项B正确。若将
孔AB扩大,将可能不满足明显衍射现象的条件,就有可能观察
动时间相同。
3.解决波的反射问题,关键是根据物理情景规范作出几何图形,
然后利用几何知识结合物理规律进行解题。
学以致用
某物体发出的声音在空气中的波长为1 m,波速为340 m/s,在
海水中的波长为4.5 m。
(1)该波的频率为
Hz,在海水中的波速为
m/s。
(2)若物体在海面上发出的声音经0.5 s听到回声,则海水深为
多少?
(3)若物体以5 m/s的速度由海面向海底运动,则经过多长时
间听到回声?
答案:(1)340 1 530 (2)382.5 m (3)0.498 s
解析:(1)由
f=得
f=
Hz=340 Hz。
因波的频率不变,则在海水中的波速为v海=λ海f=4.5×340
m/s=1 530 m/s。
2.发生明显衍射现象的条件:只有缝、孔的宽度或障碍物的
尺寸跟波长相差不多,或者比波长更小时,才能观察到明显的
衍射现象。
3.一切波都能发生衍射,衍射是波特有的现象。
微思考日常生活中“闻其声而不见其人”的物理现象的原因
是什么?
提示:声波的波长比较长,容易发生衍射,能绕过一般的障碍
物,而可见光波长很短,不容易发生衍射现象,故生活中常有听
Ⅰ中的声速为340 m/s。
(1)求该声波在介质Ⅱ中传播时的频率。
(2)求该声波在介质Ⅱ中传播的速度。
答案:(1)1 700 Hz (2)1 020 m/s
解析:(1)声波在介质Ⅰ中传播时,由v=λf得 f=
.
=
Hz =
1 700 Hz,由于声波在不同介质中传播时,频率不变,所以声波
1.波的反射。
(1)当水波遇到挡板时会发生反射。
(2)反射线、法线与入射线在同一平面内,反射线与入射线
分居法线两侧,反射角等于入射角。
2.波的折射。
(1)波在传播过程中,从一种介质进入另一种介质时,波传播
的方向发生偏折的现象叫作波的折射。
(2)一切波都会发生折射现象。
二、波的衍射
1.定义:波可以绕过障碍物继续传播,这种现象叫作波的衍射。
来实现,选项B、C正确。
4.各图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(①②图)
或障碍物(③④图),每两条相邻曲线(图中曲线)之间的距离表
示一个波长,其中能发生明显衍射现象的有(
)
A.③④
答案:B
B.②④
C.①③ D.①②
解析:一列水波在传播过程中遇到了小孔(①②图),相比而言
②图的孔洞的尺寸比①图小,且②的波长与小孔的尺寸差不
可算出频率为
100 Hz的声波的波长为3.4 m;同理可算出频率为5 000 MHz
的电磁波的波长为0.06 m。选项B中波长与障碍物尺寸相同,
衍射现象最明显。选项B正确。
3.(多选)一列波在传播过程中通过一个障碍物,发生了一定程
度的衍射,以下哪种情况可以使衍射现象更明显(
)
A.增大障碍物的尺寸 B.减小波的频率
规律总结 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规律的,
可用反射规律作图后再求解。
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
典例剖析
(多选)右图是观察水面波衍射的实验装置,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
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。
3.波的反射、折射现象中各量的变化。
(1)频率(f)由波源决定:故无论是反射波还是折射波都与入
射波的频率相等,即波源的振动频率相同。
(2)波速(v)由介质决定:故反射波与入射波在同一介质中传
3
波的反射、折射和衍射
素养·目标定位
课前·基础认知
课堂·重难突破
随 堂 训 练
素养·目标定位
目标素养
1.知道波的反射和波的反射规律,知道波的折射和波的折射规
律,形成正确的物理观念。
2.知道什么是衍射现象,掌握发生明显衍射现象的条件,培养
科学思维能力。
知识概览
课前·基础认知
一、波的反射和折射
C.缩小障碍物的尺寸 D.增大波的频率
答案:BC
解析:波在介质中传播时波速是由介质决定的,与波的频率无
关,所以改变波的频率不会改变波速,但由v=λf可知,当波速一
定时,减小频率则波长增大。发生明显衍射的条件是障碍物
或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多,要使衍射现象变得明
显,可以通过缩小障碍物的尺寸,或增大波长即减小波的频率
(2)入射声波和反射声波用时相同,则海水深为
s=v
海 =1
.
530×
m=382.5 m。
(3)物体与声音运动的过程示意图如图所示。
设听到回声的时间为t,则
v物t+v海t=2s
代入数据解得t=0.498 s。
二 波的衍射现象
重难归纳
1.关于衍射的条件。
应该说衍射是没有条件的,衍射是波特有的现象,一切波都
到人的声音而看不到人。
课堂·重难突破
一 对波的反射和折射的理解
1.回声测距。
当声源不动时,声波遇到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.超声波定位。
可以发生衍射。衍射只有“明显”与“不明显”之分,障碍物或
小孔的尺寸跟波长差不多,或比波长小是产生明显衍射的条
件。
2.波的衍射实质分析。
波传到小孔(障碍物)时,小孔(障碍物)仿佛是一个新波源,由
它发出的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。波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况。
不到明显的衍射现象,选项C正确。若将波源频率增大,由于
波速不变,所以波长变小,将可能不满足明显衍射现象的条件,
有可能观察不到明显的衍射现象,选项D错误。
学以致用
(多选)在做水波通过小孔衍射的演示实验中,激发水波的振
动发生器振动频率为5 Hz,水波在水槽中传播速度为5 cm/s,
小孔直径d选用下列哪些尺寸可使实验效果比较明显(
不变
改变
改变
一列声波从空气中传入水中,已知水中声速较大,则声波从
空气中传入水中后,声波的频率和波长将如何变化?
提示:由于波的频率由波源决定,因此波无论在空气中传播
还是在水中传播频率都不变。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。
典例剖析
在渔船上利用超声波可以探测鱼群的位置,在它向选定的方
向发射出频率为5.8×104 Hz的超声波后,经过0.64 s收到从鱼
群反射回来的反射波,已知5.8×104 Hz的超声波在水中的波
长为2.5 cm,则这群鱼到渔船的距离为
m。
答案:464
解析:超声波在水中的传播速度
v=λf=2.5×10-2×5.8×104 m/s=1.45×103 m/s。
所以鱼群到船的距离 x= vt= ×1.45×103×0.64 m=464 m。
多,所以②图能比①图发生更明显的衍射;一列水波在传播过
程中遇到了障碍物(③④图),相比而言④图的障碍物的尺寸比
③图小,且④图的波长大于障碍物的尺寸,所以④图能发生明
显的衍射。故选项B正确。
5.一列声波在介质Ⅰ中的波长为0.2 m。当该声波从空气中
以某一角度传入介质Ⅱ中时,波长变为0.6 m,如图所示。介质
射现象,选项D正确。隐形飞机通过减少波的反射达到隐形的
目的,选项B正确。
2.有一障碍物的尺寸为10 m,下列哪列波在遇到它时衍射现
象最明显(
)
A.波长为4 m的机械波
B.波长为10 m的机械波
C.频率为100 Hz的声波
D.频率为5 000 MHz的电磁波(波速为3×108 m/s)
答案:B
解析:空气中声波波速大约为340 m/s,由 λ=
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
答案:ABD
解析:声呐、雷达都是利用接收反射波来进行定位的,选项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
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。具体如下表所示。
波现象
传播方向
频率f
波速v
波长λ
波的反射
改变,θ反=θ入
不变
不变
不变
波的折射
在介质Ⅱ中传播时,频率为1 700 Hz。
(2)由v=λf得声波在介质Ⅱ中的传播速度为
v2=λ2f=0.6×1 700 m/s=1 020 m/s。
3.衍射现象与观察的矛盾。
当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出,但由于衍射波
的能量很弱,衍射现象不容易观察到。
既然一切波都能够发生衍射,那为什么生活中见不到光的衍
射现象?
提示:可见光的波长通常在0.4~0.7 μm的范围内,跟一般障碍
物的尺寸相比非常小,所以通常的情况下看不到光的衍射,看
到的是光的直线传播。
)
A.1 m
B.0.8 m
C.0.8 cm
D.1.2 cm
答案:CD
解析:在水槽中,振子振动所激发的水波波长为λ= = cm
=1 cm,小孔尺寸与波长相差不大时,易发生明显衍射现象。
所以选项C、D正确。
随 堂 训 练
1.(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
D.如果孔大小不变,使波源频率增大,能更明显地观察到
答案:ABC
衍射现象
解析:波有明显衍射现象的条件:障碍物或孔的尺寸比波长小
或差不多。从题图中可看出孔AB的尺寸小于一个波长,所以
此时明显地观察到衍射现象,选项A正确。因为穿过挡板小孔
后的波速不变,频率相同,所以波长也相同,选项B正确。若将
孔AB扩大,将可能不满足明显衍射现象的条件,就有可能观察
动时间相同。
3.解决波的反射问题,关键是根据物理情景规范作出几何图形,
然后利用几何知识结合物理规律进行解题。
学以致用
某物体发出的声音在空气中的波长为1 m,波速为340 m/s,在
海水中的波长为4.5 m。
(1)该波的频率为
Hz,在海水中的波速为
m/s。
(2)若物体在海面上发出的声音经0.5 s听到回声,则海水深为
多少?
(3)若物体以5 m/s的速度由海面向海底运动,则经过多长时
间听到回声?
答案:(1)340 1 530 (2)382.5 m (3)0.498 s
解析:(1)由
f=得
f=
Hz=340 Hz。
因波的频率不变,则在海水中的波速为v海=λ海f=4.5×340
m/s=1 530 m/s。
2.发生明显衍射现象的条件:只有缝、孔的宽度或障碍物的
尺寸跟波长相差不多,或者比波长更小时,才能观察到明显的
衍射现象。
3.一切波都能发生衍射,衍射是波特有的现象。
微思考日常生活中“闻其声而不见其人”的物理现象的原因
是什么?
提示:声波的波长比较长,容易发生衍射,能绕过一般的障碍
物,而可见光波长很短,不容易发生衍射现象,故生活中常有听
Ⅰ中的声速为340 m/s。
(1)求该声波在介质Ⅱ中传播时的频率。
(2)求该声波在介质Ⅱ中传播的速度。
答案:(1)1 700 Hz (2)1 020 m/s
解析:(1)声波在介质Ⅰ中传播时,由v=λf得 f=
.
=
Hz =
1 700 Hz,由于声波在不同介质中传播时,频率不变,所以声波
1.波的反射。
(1)当水波遇到挡板时会发生反射。
(2)反射线、法线与入射线在同一平面内,反射线与入射线
分居法线两侧,反射角等于入射角。
2.波的折射。
(1)波在传播过程中,从一种介质进入另一种介质时,波传播
的方向发生偏折的现象叫作波的折射。
(2)一切波都会发生折射现象。
二、波的衍射
1.定义:波可以绕过障碍物继续传播,这种现象叫作波的衍射。
来实现,选项B、C正确。
4.各图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(①②图)
或障碍物(③④图),每两条相邻曲线(图中曲线)之间的距离表
示一个波长,其中能发生明显衍射现象的有(
)
A.③④
答案:B
B.②④
C.①③ D.①②
解析:一列水波在传播过程中遇到了小孔(①②图),相比而言
②图的孔洞的尺寸比①图小,且②的波长与小孔的尺寸差不
可算出频率为
100 Hz的声波的波长为3.4 m;同理可算出频率为5 000 MHz
的电磁波的波长为0.06 m。选项B中波长与障碍物尺寸相同,
衍射现象最明显。选项B正确。
3.(多选)一列波在传播过程中通过一个障碍物,发生了一定程
度的衍射,以下哪种情况可以使衍射现象更明显(
)
A.增大障碍物的尺寸 B.减小波的频率
规律总结 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规律的,
可用反射规律作图后再求解。
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
典例剖析
(多选)右图是观察水面波衍射的实验装置,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
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。
3.波的反射、折射现象中各量的变化。
(1)频率(f)由波源决定:故无论是反射波还是折射波都与入
射波的频率相等,即波源的振动频率相同。
(2)波速(v)由介质决定:故反射波与入射波在同一介质中传
3
波的反射、折射和衍射
素养·目标定位
课前·基础认知
课堂·重难突破
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素养·目标定位
目标素养
1.知道波的反射和波的反射规律,知道波的折射和波的折射规
律,形成正确的物理观念。
2.知道什么是衍射现象,掌握发生明显衍射现象的条件,培养
科学思维能力。
知识概览
课前·基础认知
一、波的反射和折射
C.缩小障碍物的尺寸 D.增大波的频率
答案:BC
解析:波在介质中传播时波速是由介质决定的,与波的频率无
关,所以改变波的频率不会改变波速,但由v=λf可知,当波速一
定时,减小频率则波长增大。发生明显衍射的条件是障碍物
或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多,要使衍射现象变得明
显,可以通过缩小障碍物的尺寸,或增大波长即减小波的频率
(2)入射声波和反射声波用时相同,则海水深为
s=v
海 =1
.
530×
m=382.5 m。
(3)物体与声音运动的过程示意图如图所示。
设听到回声的时间为t,则
v物t+v海t=2s
代入数据解得t=0.498 s。
二 波的衍射现象
重难归纳
1.关于衍射的条件。
应该说衍射是没有条件的,衍射是波特有的现象,一切波都
到人的声音而看不到人。
课堂·重难突破
一 对波的反射和折射的理解
1.回声测距。
当声源不动时,声波遇到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.超声波定位。
可以发生衍射。衍射只有“明显”与“不明显”之分,障碍物或
小孔的尺寸跟波长差不多,或比波长小是产生明显衍射的条
件。
2.波的衍射实质分析。
波传到小孔(障碍物)时,小孔(障碍物)仿佛是一个新波源,由
它发出的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。波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况。
不到明显的衍射现象,选项C正确。若将波源频率增大,由于
波速不变,所以波长变小,将可能不满足明显衍射现象的条件,
有可能观察不到明显的衍射现象,选项D错误。
学以致用
(多选)在做水波通过小孔衍射的演示实验中,激发水波的振
动发生器振动频率为5 Hz,水波在水槽中传播速度为5 cm/s,
小孔直径d选用下列哪些尺寸可使实验效果比较明显(