PAGE7-9波的反射、折射和衍射學習目標知識脈絡1．了解波面和波線的概念．2．駕馭惠更斯原理，理解用惠更斯原理說明波的反射和折射現象．(難點)3．知道波反射和折射的規律．(重點)4．理解什么是波的衍射現象，知道衍射是波特有的現象．5．知道波發生明顯衍射的條件．(重點)學問點一|波面和波線惠更斯原理eq\a\vs4\al([先填空])1．波面：在波的傳播過程中，任一時刻振動狀態都相同的介質質點所組成的面．2．波線：與波面垂直指向傳播方向的直線，如圖所示．3．波的分類(1)球面波：波面是球面的波．(2)平面波：波面是平面的波．4．惠更斯原理(1)內容介質中任一波面上的各點，都可以看作放射子波的波源，其后隨意時刻，這些子波在波前進方向的包絡面就是新的波面．(2)現象說明只能說明衍射現象中波的傳播方向，不能說明波的強度．無法說明衍射現象與狹縫或障礙物大小的關系．eq\a\vs4\al([再推斷])1．波面肯定與波線垂直． (√)2．波面肯定是平面． (×)3．波的傳播方向與波面平行． (×)eq\a\vs4\al([后思索])1．依據惠更斯原理可得出：波在傳播過程中，一個波源變成了多數個波源，這種說法正確嗎？【提示】不正確．波源只有一個，而子波的波源有多數個．2．波面肯定是平面嗎？依據圖和圖思索波線與波面的關系是怎樣的．【提示】波面不肯定是平面．波線與波面相互垂直，肯定條件下由波面可確定波線，由波線可確定波面．eq\a\vs4\al([核心點擊])1．惠更斯原理的實質：波面上的每一點(面源)都是一個次級球面波的子波源，子波的波速與頻率等于初級波的波速和頻率，此后每一時刻的子波波面的包絡面就是該時刻總的波動的波面．其核心思想是介質中任一處的波動狀態是由各處的波動確定的．2．利用惠更斯原理說明波的傳播：如圖所示，以O為球心的球面波在時刻t的波面為γ，依據惠更斯原理，γ面上每個點都是子波的波源．設各個方向的波速都是v，在Δt時間之后各子波的波面如圖中一個個的小圓所示，它的半徑是vΔt.γ′是這些子波波面的包絡面，它就是原來球面波的波面γ在時間Δt后的新位置．可以看出，新的波面仍是一個球面，它與原來球面的半徑之差為vΔt，表示波向前傳播了vΔt的距離．與此類似，可以用惠更斯原理說明平面波的傳播(如圖所示)．3．惠更斯原理的局限性：光的直線傳播、反射、折射等都能用此來進行較好的說明．但是，惠更斯原理是比較粗糙的，用它不能說明衍射現象與狹縫或障礙物大小的關系，而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在，而倒退波明顯是不存在的．1．下列說法中正確的是()A．惠更斯原理能說明波的衍射現象B．聲波是球面波C．只有橫波才能形成球面波D．只有縱波才能形成球面波E．橫波和縱波都能形成球面波答案：ABE2．下列說法中正確的是()A．只有平面波的波面才與波線垂直B．任何波的波線與波面都相互垂直C．任何波的波線都表示波的傳播方向D．有些波的波面表示波的傳播方向E．子波的波速與頻率等于初級波的波速和頻率解析：不管是平面波，還是球面波，其波面與波線均垂直，選項A錯誤、B正確；只有波線才表示波的傳播方向，選項C正確，D錯誤．波面上的每一點(面源)都是一個次級球面波的子波源，子波的波速與頻率等于初級波的波速和頻率，E對．答案：BCE利用惠更斯原理說明波的傳播的一般步驟(1)確定一列波某時刻一個波面的位置．(2)在波面上取兩點或多個點作為子波的波源．(3)選一段時間Δt.(4)依據波速確定Δt時間后子波波面的位置．(5)確定子波在波前進方向上的包絡面，即為新的波面．(6)由新的波面可確定波線及其方向．學問點二|波的反射和折射eq\a\vs4\al([先填空])1．反射現象波遇到介質界面會返回來接著傳播的現象．2．折射現象波從一種介質射入另一種介質時，波的傳播方向發生變更的現象．eq\a\vs4\al([再推斷])1．入射波的波線與界面的夾角叫入射角． (×)2．反射波的波線與法線的夾角叫作反射角． (√)3．反射波的波線，折射波的波線與界面的法線在同一平面內． (√)eq\a\vs4\al([后思索])人們聽不清對方說話時，除了讓一只耳朵轉向對方，還習慣性地把同側的手附在耳旁，如圖這樣做是利用聲波的什么特點提高耳朵的接收實力？【提示】在耳廓原有形態、面積的基礎上增加一個手的面積是為了增加波的反射面積來提高耳朵的接收實力．eq\a\vs4\al([核心點擊])1．回聲測距(1)當聲源不動時，聲波遇到了靜止障礙物會返回來接著傳播，由于反射波與入射波在同一介質中傳播速度相同，因此，入射波和反射波在傳播距離一樣的狀況下，用的時間相等，設經過時間t聽到回聲，則聲源距障礙物的距離為s＝v聲eq\f(t,2).(2)當聲源以速度v向靜止的障礙物運動或障礙物以速度v向靜止的聲源運動時，聲源發聲時障礙物到聲源的距離為s＝(v聲＋v)eq\f(t,2).(3)當聲源以速度v遠離靜止的障礙物或障礙物以速度v遠離靜止的聲源時，聲源發聲時障礙物到聲源的距離s＝(v聲－v)eq\f(t,2).2．超聲波定位蝙蝠、海豚能發出超聲波，超聲波遇到障礙物或捕食目標時會被反射回來．蝙蝠、海豚就是依據接收到反射回來的超聲波來確定障礙物或食物的位置，從而確定飛行或游動方向．3．波的反射、折射現象中各量的變更(1)頻率(f)由波源確定：故無論是反射波還是折射波都與入射波的頻率相等，即波源的振動頻率相同．(2)波速(v)由介質確定：故反射波與入射波在同一介質中傳播，波速不變，折射波與入射波在不同介質中傳播，波速變更．(3)據v＝λf知，波長λ與波速和頻率有關．反射波與入射波，頻率同、波速同，故波長相同，折射波與入射波在不同介質中傳播，頻率同，波速不同，故波長不同．詳細見下表所示．波現象波的反射波的折射傳播方向變更θ反＝θ入變更θ折≠θ入頻率f不變不變波速v不變變更波長λ不變變更3．一列聲波從空氣中傳入水中，已知水中聲速較大，則聲波頻率________，波長________．解析：由于波的頻率由波源確定，因此波無論在空氣中還是在水中頻率都不變．又因波在水中速度較大，由公式v＝λf可得，波在水中的波長變大．答案：不變變大4．某物體發出的聲音在空氣中的波長為1m，波速為340m/s，在海水中的波長為4.5m(1)該波的頻率為________Hz，在海水中的波速為________m/s.(2)若物體在海面上發出的聲音經過0.5s聽到回聲，則海水深為多少？(3)若物體以5m/s的速度由海面對海底運動，解析：(1)由f＝eq\f(v,λ)得f＝eq\f(340,1)Hz＝340Hz，因波的頻率不變，則在海水中的波速為v海＝λ′f＝4.5×340m/s＝1530(2)入射聲波和反射聲波用時相同，則海水深為h＝v海eq\f(t,2)＝1530×eq\f(0.5,2)m＝382.5m.(3)物體與聲音運動的過程示意圖如圖所示，設聽到回聲的時間為t′，則v物t′＋v海t′＝2h代入數據解得t′＝0.498s答案：(1)3401530(2)382.5m(3)0.498回聲測距的方法技巧利用回聲測距是波的反射的一個重要應用，它的特點是聲源正對障礙物，聲源發出的聲波與回聲在同一條直線上傳播．(1)若是一般狀況下的反射，反射波和入射波是遵從反射定律的，可用反射定律作圖后再求解．(2)利用回聲測距時，要特殊留意聲源是否運動，若聲源運動，聲源發出的原聲至障礙物再返回至聲源的這段時間與聲源的運動時間相同．(3)解決波的反射問題，關鍵是依據物理情景規范作出幾何圖形，然后利用幾何學問結合物理規律進行解題．學問點三|波的衍射eq\a\vs4\al([先填空])1．定義波可以繞過障礙物接著傳播，這種現象叫作波的衍射．2．發生明顯衍射現象的條件：只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多或者比波長更小時，才能視察到明顯的衍射現象．3．一切波都能發生衍射，衍射是波特有的現象．eq\a\vs4\al([再推斷])1．孔的尺寸比波長大得多時就不會發生衍射現象． (×)2．孔的尺寸比波長小能視察到明顯的衍射現象． (√)3．超聲波比一般聲波的波長小． (√)eq\a\vs4\al([后思索])1．只有當障礙物或狹縫的尺寸跟波長相差不多時，才能發生波的衍射現象嗎？【提示】障礙物或狹縫的尺寸大小，并不是確定衍射能否發生的條件，僅是能否發生明顯衍射的條件．衍射是波特有的現象，一切波都會發生衍射現象．2．是否孔的尺寸越小，衍射現象越簡單視察？【提示】不是．當孔的尺寸特別小時，衍射波的能量很弱，事實上很難視察到波的衍射．eq\a\vs4\al([核心點擊])1.衍射是波特有的現象，一切波都可以發生衍射．凡能發生衍射現象的都是波．2．波的衍射總是存在的，只有“明顯”與“不明顯”的差異，波長較長的波簡單發生明顯的衍射現象．3．波傳到小孔(障礙物)時，小孔(障礙物)仿佛一個新波源，由它發出與原來同頻率的波在孔(障礙物)后傳播，就偏離了直線方向．因此，波的直線傳播只是在衍射不明顯時的近似狀況．5.一列波在傳播過程中通過一個障礙物，發生了肯定程度的衍射，以下哪種狀況可以使衍射現象更明顯()A．增大障礙物的尺寸B．減小波的頻率C．縮小障礙物的尺寸D．增大波的頻率E．縮小障礙物的尺寸，同時減小波的頻率解析：波在介質中傳播時波速是由介質確定的，與波的頻率無關，所以變更波的頻率不會變更波速，但由v＝λf可知，當波速肯定時，減小頻率則波長增大．而發生明顯衍射的條件是障礙物或孔、縫的尺寸比波長小或相差不多，要使衍射現象變得明顯，可以通過縮小障礙物的尺寸，同時增大波長即減小波的頻率來實現，BCE選項正確．答案：BCE6．如圖