學(xué)習(xí)目標
02
預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)
（一）課前閱讀：
水波、聲波、回聲、光的折射、光的反射
衍射最早是由弗朗西斯科·格里馬第（Francesc Grimaldi）于1665年發(fā)現(xiàn)并加以描述，他也是“衍射”一詞的創(chuàng)始人。這個詞源于拉丁語詞匯diffringere，意為“成為碎片”，即波原來的傳播方向被“打碎”、彎散至不同的方向。格里馬第觀察到的現(xiàn)象直到1665年才被發(fā)表，這時他已經(jīng)去世。他提出光不僅會沿直線傳播、折射和反射，還能夠以第四種方式傳播，即通過衍射的形式傳播。
（二）基礎(chǔ)梳理
（三）預(yù)習(xí)作業(yè)
1．關(guān)于波的反射與折射，下列說法正確的是( )
A．入射波的波長一定等于反射波的波長，其頻率不變
B．入射波的波長一定小于反射波的波長，其頻率不變
C．入射波的波長一定大于折射波的波長，其頻率不變
D．入射波的波長一定小于折射波的波長，其頻率不變
答案 A
2．（多選）下列現(xiàn)象屬于波的衍射現(xiàn)象的是( )
A.隔墻有耳
B.空山不見人,但聞人語響
C.余音繞梁,三日而不絕
D.夏日雷聲轟鳴不絕
答案：AB
解析：“余音繞梁,三日而不絕”和“夏日雷聲轟鳴不絕”主要是由聲音的反射引起的,不屬于波的衍射現(xiàn)象。“隔墻有耳”和“空山不見人,但聞人語響”屬于波的衍射現(xiàn)象。
03
探究提升
環(huán)節(jié)一 波的反射和折射
思考：1．甲、乙兩人平行站在一堵墻前面，二人相距，距離墻均為，當甲開了一槍后，乙在時間t后聽到第一聲槍響，則乙聽到第二聲槍響的時間為( )
A.聽不到B.甲開槍后C.甲開槍后D.甲開槍后
答案：C
解析：乙聽到的第一聲槍響必然是甲放槍的聲音直接傳到乙的耳中，故。甲、乙二人及墻的位置如圖所示，乙聽到的第二聲槍響必然是墻反射的槍聲，由反射定律可知，波線如圖中和，由幾何關(guān)系可得，故第二聲槍響傳到乙的耳中的時間為，故C正確。
2．（多選）以下關(guān)于波的認識，正確的是( )
A．潛艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況，用的是波的反射原理
B．隱形飛機怪異的外形及表面涂特殊隱形物質(zhì)，是為了減少波的反射，從而達到隱形的目的
C．雷達的工作原理是利用波的干涉
D．水波從深水區(qū)傳到淺水區(qū)改變傳播方向的現(xiàn)象，是波的折射現(xiàn)象
答案 ABD
環(huán)節(jié)二 波的衍射
問題探究1：（多選）圖中S為在水面上振動的波源，M、N是水面上的兩塊擋塊，其中N板可以上下移動，兩板中間有一狹縫，此時測得A處水沒有振動，為使A處水也能發(fā)生振動，可采用的方法是( )
A．使波源的頻率增大
B．使波源的頻率減小
C．移動N使狹縫的間距增大
D．移動N使狹縫的間距減小
答案 BD
解析 使孔滿足明顯衍射的條件即可，或?qū)⒖鬃冃?，或?qū)⒉ㄩL變大，B、D正確．
環(huán)節(jié)三 聲波
問題探究2：（多選）下述關(guān)于聲波的傳播速度中正確的說法是（ ）
A．聲波的頻率越高，傳播速度越大 B．聲波振幅越大，傳播速度越大
C．聲波傳播速度只由介質(zhì)決定 D．在空氣中聲速約是340m／s
答案：CD
04
體系構(gòu)建
碰到界面，反射和折射；碰到障礙物，衍射。
05
記憶清單
一、波的反射和折射
★學(xué)習(xí)聚焦：注意頻率、波速和波長的變化
二、波的衍射
★學(xué)習(xí)聚焦：注意明顯衍射的條件
如圖所示,正中O是水面上一波源,實、虛線分別表示該時刻的波峰、波谷,A是擋板,B是小孔,經(jīng)過一段時間,水面上的波形將分布于( )
A.整個區(qū)域 B.陰影Ⅰ以外區(qū)域
C.陰影Ⅱ以外區(qū)域 D.沒有陰影的區(qū)域
答案：B
解析：從圖中可以看出擋板A比波長大得多,因此波不會繞過擋板A,而小孔B的大小與波長差不多,能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,故B正確。
三、聲波
★學(xué)習(xí)聚焦：注意可聞聲波的波長范圍
0601
強化訓(xùn)練
1．下列說法正確的是（ ）
A．只有橫波能發(fā)生衍射，縱波不能發(fā)生衍射
B．當波長比孔的寬度小得越多時，波的衍射越明顯
C．聲波能發(fā)生衍射現(xiàn)象，光不能發(fā)生衍射現(xiàn)象
D．聲波易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，光不易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象
答案：D
2．（多選）下列說法中正確的是（ ）
A．衍射是一切波特有的現(xiàn)象
B．障礙物或孔越大越易產(chǎn)生衍射
C．在空曠的山谷里叫喊，可以聽到回音，這是聲波的衍射現(xiàn)象
D．在空曠的山谷里叫喊，可以聽到回音，這是聲音的反射現(xiàn)象
答案：AD
3.（多選）如圖所示為水波的衍射現(xiàn)象,S為波源,d為擋板上的小孔寬度,相鄰弧線間距為一個波長,其中符合事實的是( )
答案：BC
解析：選項A、B中小孔寬度大于波長,衍射現(xiàn)象不明顯,擋板會阻礙波的傳播,故A不符合事實、B符合事實;選項C、D中小孔寬度小于波長,衍射現(xiàn)象明顯,但穿過小孔后波速和頻率不變,波長應(yīng)不變,故C符合事實,D不符合事實。
4.如圖所示,P為橋墩,A為靠近橋墩浮在水面的葉片,波源S連續(xù)振動,形成水波,此時葉片A靜止不動。為使水波能帶動葉片振動,可用的方法是( )
A.增加波源距橋墩的距離
B.減小波源距橋墩的距離
C.提高波源的振動頻率
D.降低波源的振動頻率
答案：D
解析：為使水波能帶動葉片振動,則要使得水波發(fā)生明顯的衍射,根據(jù)發(fā)生明顯衍射的條件可知,增加或減小波源距橋墩的距離,都不可行,選項A、B錯誤;S振動時,水波中的質(zhì)點上下振動,形成的波向前傳播,提高波源的振動頻率,則質(zhì)點振動的頻率增加,波的頻率與振動的頻率相等,根據(jù)λ=vf,波速不變,頻率增大,波長減小,衍射現(xiàn)象不明顯,反之,降低頻率,波長增大,衍射現(xiàn)象更明顯,故C錯誤,D正確。故選D。
5.在用水波槽做衍射實驗時，若打擊水面的振子振動頻率是5Hz，水波在水槽中的傳播速度為0.05rn／s，為觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，小孔的直徑d應(yīng)為（ ）
A．10cmB．50cm C．d＞10cm D．d＜1cm
答案：D
6．有一障礙物的高度為10m，下列波衍射現(xiàn)象最朋顯的是（ ）
A．波長為40m的波 B．波長為9.9m的波
C．頻率為40Hz的聲波 D．頻率為5000MHz的電磁波（v＝3.0×108m／s）
答案：A
7．在空曠的廣場上有一堵較高大的墻MN，墻的一側(cè)O點有一個正在播放男女聲合唱歌曲的聲源。某人從圖中A點走到墻后的B點，在此過程中，如果從聲波的衍射來考慮，則會聽到( )
A．聲音變響，男聲比女聲更響
B．聲音變響，女聲比男聲更響
C．聲音變?nèi)?，男聲比女聲更?br>D．聲音變?nèi)?，女聲比男聲更?br>答案：D
8．（多選）下列事實屬于明顯的衍射現(xiàn)象的是( )
A．池塘里的水波，遇到突出水面的小石塊，小石塊對波的傳播沒有影響
B．水波前進方向上有一障礙物，其后面沒有水波傳播過去
C．水波前進方向上有一個小孔的屏，水波通過小孔傳播到屏后的區(qū)域
D．板胡的聲音比弦聲更響
答案：AC
9.（多選）如圖所示,一小型漁港的防波堤兩端M、N相距約60 m,在防波堤后A、B兩處有兩條小船進港躲避風(fēng)浪。某次海嘯引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤傳播,下列說法中正確的有( )
A.假設(shè)波浪的波長約為10 m,則A、B兩處小船基本上不受波浪影響
B.假設(shè)波浪的波長約為10 m,則A、B兩處小船明顯受到波浪影響
C.假設(shè)波浪的波長約為50 m,則A、B兩處小船基本上不受波浪影響
D.假設(shè)波浪的波長約為50 m,則A、B兩處小船明顯受到波浪影響
答案：AD
解析：A、B兩處小船明顯受到波浪影響是因為水波發(fā)生明顯的衍射,波浪能傳播到A、B處。當障礙物或縫隙的尺寸比波長小或跟波長差不多的時候,會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。
10．一聲波在空氣中的波長為25cm，速度為340m/s，當折射進入另一種介質(zhì)時，波長變?yōu)?0cm，求：
(1)聲波在這種介質(zhì)中的頻率；
(2)聲波在這種介質(zhì)中的傳播速度大?。?br>答案 (1)1360Hz (2)1088m/s
11.甲、乙二人分乘兩只船在湖中釣魚，兩船相距24 m，有一列水波在湖面上傳播，使每只船每分鐘上下浮動10次，當甲船位于波峰時，乙船位于波谷，這時兩船之間還有一個波峰，則此水波的波長為多少？波速為多少？若此波在傳播過程中遇到一根豎立的電線桿，是否會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象？
答案：（λ=16 m v= 8/3m/s 會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象）
12.測速儀安裝有超聲波發(fā)射和接收裝置，如圖所示，B為測速儀，A為汽車，兩者相距335 m．某時刻B發(fā)出超聲波，同時A由靜止開始做勻加速直線運動．當B接收到反射回來的超聲波信號時A、B相距355 m，已知聲速為340 m/s，則下列說法正確的是( )
A．經(jīng)1 s，B接收到返回的超聲波
B．超聲波追上A車時，A車前進了10 m
C．A車加速度的大小為10 m/s2
D．A車加速度的大小為5 m/s2
答案 C
解析 從B發(fā)出超聲波到接收到超聲波過程中，汽車A的運動情況如圖所示：
B發(fā)出超聲波時，小車在C位置
小車反射超聲波時，小車在D位置
B接收到超聲波時，小車在E位置
經(jīng)分析可知：tCD＝tDE，xCE＝20 m
由運動學(xué)規(guī)律得xCD∶xDE＝1∶3
所以xCD＝5 m，xDE＝15 m，tCD＝eq \f(335＋5,340) s＝1 s
可見B接收到返回的超聲波需2 s.
對小車A：Δx＝ateq \\al( 2,CD)
所以a＝10 m/s2
由以上可知只有選項C正確．
13.根據(jù)波的反射和折射原理，以下說法正確的是（ ）
A．聲波從空氣傳到平靜的湖面上，聲波在水面處只發(fā)生反射
B．聲波從空氣傳到平靜的湖面上，聲波在水面處只發(fā)生折射
C．聲波從空氣傳到平靜的湖面上時既發(fā)生反射又發(fā)生折射
D．聲波從空氣傳到平靜的湖面上時既不發(fā)生反射又不發(fā)生折射
答案：C課程標準
學(xué)習(xí)目標
知道波的反射和折射現(xiàn)象。通過實驗，了解波的衍射現(xiàn)象。
1．通過水波或聲波觀察波的反射、折射和衍射現(xiàn)象。
2．認識衍射是波特有的現(xiàn)象。
3．知道明顯衍射的條件。
一、波的反射和折射
（一）定義：波從一種介質(zhì)射向另一種介質(zhì)時，在界面處一般要分開，一部分進入另一種介質(zhì)，叫做 ；一部分返回原介質(zhì)中，叫做 。
（二）反射后，頻率、波速、波長均未發(fā)生變化；折射后，頻率 ，波速、波長 。
答案：（一）定義：波從一種介質(zhì)射向另一種介質(zhì)時，在界面處一般要分開，一部分進入另一種介質(zhì)，叫做波的折射；一部分返回原介質(zhì)中，叫做波的反射。
（二）反射后，頻率、波速、波長均未發(fā)生變化；折射后，頻率不變，波速、波長發(fā)生變化。
【概念銜接】回聲、光的反射、光的折射
【拓展補充】機械波的反射和折射規(guī)律與光的反射和折射規(guī)律類似
【即學(xué)即練】1.一只汽船以的速度在無風(fēng)河面上航行，船上發(fā)出聲鳴笛，旅客在后聽到前方懸崖反射回來的聲音，已知聲音在空氣中的傳播速度為。則懸崖離汽船鳴笛時的位置有多遠。
答案：
2．一列聲波由空氣傳到水中（ ）
A．頻率不變，波長變小 B．頻率不變，波長變大
C．頻率變小，波長變長 D．頻率變大，波長變大
答案：B
【微點撥】反射經(jīng)?？疾榛芈暤膽?yīng)用
二、波的衍射
1．波的衍射現(xiàn)象：波能 障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長
相差 或者 波長．
2．一切波都能發(fā)生 ，它是波特有的現(xiàn)象．
3．如圖所示是不同頻率的水波通過相同的小孔所能到達區(qū)域的示意圖， 情況中水波的頻率最大； 情況中水波的頻率最?。?br>答案：1．波的衍射現(xiàn)象：波能繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不大或者小于波長．
2．一切波都能發(fā)生衍射，它是波特有的現(xiàn)象．
3．c ；a
【概念銜接】障礙物、繞
【拓展補充】衍射現(xiàn)象的兩點提醒
(1)障礙物或孔的尺寸大小并不是決定衍射能否發(fā)生的條件，僅是衍射現(xiàn)象是否明顯的條件，波長越大越易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。
(2)當孔的尺寸遠小于波長時，盡管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很難觀察到波的衍射。
【即學(xué)即練】1.判斷題
（1）孔的尺寸比波長大得多時就不會發(fā)生衍射現(xiàn)象．( )
（2）孔的尺寸比波長小能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象．( )
（3）超聲波比普通聲波的波長?。? )
答案：（1）孔的尺寸比波長大得多時就不會發(fā)生衍射現(xiàn)象．(×)
（2）孔的尺寸比波長小能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象．(√)
（3）超聲波比普通聲波的波長?。?√)
2.（多選）如圖所示，當波源和障礙物都靜止不動時，波源發(fā)出的波在障礙物處不能發(fā)生明顯衍射.下列措施可能使波發(fā)生較為明顯衍射的是( )
A.增大波源的振動頻率
B.減小波源的振動頻率
C.增大障礙物的長度
D.減小障礙物的長度
答案 BD
解析 不能發(fā)生明顯衍射的原因是障礙物的長度遠大于波長，則增大波長或減小障礙物的長度可能使波發(fā)生較為明顯的衍射，選項C錯誤，D正確；由λ＝eq \f(v,f)知，v不變，減小f，λ增大，選項A錯誤，B正確.
【微點撥】注意相差不大的理解
三、聲波
可聞聲波，空氣中的波長為 。
答案：可聞聲波，空氣中的波長為1.7cm——17m。
【概念銜接】波源、水波、頻率、波速、波長
【拓展補充】超聲波與次聲波
次聲波的特點是來源廣、傳播遠、能夠繞過障礙物傳得很遠。次聲的聲波頻率很低，在20Hz以下，波長卻很長，傳播距離也很遠。它比一般的聲波、光波和無線電波都要傳得遠。例如，頻率低于1Hz的次聲波，可以傳到幾千以至上萬千米以外的地方。次聲波具有極強的穿透力，不僅可以穿透大氣、海水、土壤，而且還能穿透堅固的鋼筋水泥構(gòu)成的建筑物，甚至連坦克、軍艦、潛艇和飛機都不在話下。次聲波的傳播速度和可聞聲波相同，由于次聲波頻率很低。大氣對其吸收甚小，當次聲波傳播幾千千米時，其吸收還不到萬分之幾，所以它傳播的距離較遠，能傳到幾千米至十幾萬千米以外。1883年8月，南蘇門答臘島和爪哇島之間的克拉卡托火山爆發(fā)，產(chǎn)生的次聲波繞地球三圈，全長十多萬公里，歷時108小時。1961年，蘇聯(lián)在北極圈內(nèi)新地島進行核試驗激起的次聲波繞地球轉(zhuǎn)了5圈。7000Hz的聲波用一張紙即可阻擋，而7Hz的次聲波可以穿透十幾米厚的鋼筋混凝土。地震或核爆炸所產(chǎn)生的次聲波可將岸上的房屋摧毀。次聲如果和周圍物體發(fā)生共振，能放出相當大的能量。如4Hz-8Hz的次聲能在人的腹腔里產(chǎn)生共振，可使心臟出現(xiàn)強烈共振和肺壁受損。
【即學(xué)即練】1．已知空氣中的聲速為340 m/s?，F(xiàn)有幾種聲波:①周期為1/20 s;②頻率為104 Hz;③波長為10 m。它們傳播時若遇到寬約為13 m的障礙物,能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象的是( )
A.①和②B.②和③
C.①和③D.都可以
答案：C
解析：周期為 1/20 s的聲波的波長為λ1=vT=17 m;由公式v=λf得頻率為104 Hz的聲波的波長為λ2=0.034 m,發(fā)生明顯衍射的條件是孔徑、障礙物的尺寸小于波長或者與波長相差不大,故①能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象,②不能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象。波長為10 m的聲波與寬度為13 m 的障礙物尺寸相差不大,故③能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象。因此,能產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象的是①和③,故C正確,A、B、D錯誤。

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3 波的反射、折射和衍射

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修 第一冊

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