3.波的反射、折射和衍射第三章

機械波北京天壇回音壁【生活化引入】

明代建成的天壇中有一處建筑名叫“回音壁”，圍括皇穹宇和東西配殿的高大的圓形圍墻，周長193.2米，直徑61.5米，墻高3.72米，厚0.9米，如果兩個人分別站在院內(nèi)東西配殿后的墻下，均面部朝北對墻低聲說話，可像打電話一樣互相對話，極其奇妙有趣，這就是“回音壁”得名的由來。海市蜃樓一、波的反射

當(dāng)波傳播到兩種介質(zhì)的分界面時，一部分返回來繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。反射線與法線的夾角i’叫做反射角。入射角i：入射線與法線的夾角i叫做入射角。反射角i’：法線分界面反射定律：（1）入射線、法線、反射線在同一平面內(nèi)，入射線與反射線分居法線兩側(cè)，反射角等于入射角。

（2）反射波的波長、頻率、波速都跟入射波相同．（3）波遇到兩種介質(zhì)界面時，總存在反射．1．回聲是聲波的反射現(xiàn)象．對著山崖或高墻說話，聲波傳到山崖或高墻時，會被反射回來繼續(xù)傳播．2．夏日的雷聲轟鳴不絕．聲波在云層界面多次反射．3．在空房間里講話感覺聲音響．聲波在普通房間里遇到墻壁，地面，天花板發(fā)生反射時，由于距離近，原聲與回聲幾乎同時到達人耳．人耳只能分開相差0.1s以上的聲音．所以，在房間里聽不到回聲，人在房間里講話感覺聲音比在野外大，而普通房間里的慢帳、地毯、衣物等會吸收聲波，會影響室內(nèi)的聲響效果．思考1：如圖所示，一場大雪過后，人們會感到外面萬籟俱靜．這是怎么回事？難道是人的活動減少了嗎？提示：剛下過的雪是新鮮蓬松的，它的表面層有許多小氣孔．當(dāng)外界的聲波傳入這些小氣孔時便要發(fā)生反射．由于氣孔往往是內(nèi)部大而口徑小．所以，僅有少部分波的能量能通過口徑反射回來，而大部分的能量則被吸收掉了．所以不是人的活動減少了。二

、波的折射波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，波的傳播方向發(fā)生了改變的現(xiàn)象叫做波的折射。界面介質(zhì)I介質(zhì)II折射角（r）：折射波的波線與兩介質(zhì)界面法線的夾角r叫做折射角。法線1.當(dāng)入射速度大于折射速度時，折射角折向法線。2.當(dāng)入射速度小于折射速度時，折射角折離法線。3.當(dāng)垂直界面入射時，傳播方向不改變，屬折射中的特例。4.在波的折射中，波的頻率不改變，波速和波長都發(fā)生改變。波發(fā)生折射的原因：是波在不同介質(zhì)中的速度不同折射定律：入射線、法線、折射線在同一平面內(nèi)，入射線與折射線分居法線兩側(cè)．入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一種介質(zhì)中的速度跟波在第二種介質(zhì)中的速度之比。波現(xiàn)象波的反射波的折射

傳播方向改變

θ反＝θ入改變

θ折≠θ入頻率f不變不變波速v不變改變波長λ不變改變波的反射、折射現(xiàn)象中各物理量的變化[例1]

圖中1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線，則(

)A.2與1的波長、頻率相等，波速不等B.2與1的波速、頻率相等，波長不等C.3與1的波速、頻率、波長均相等D.3與1的頻率相等，波速、波長均不等解析波發(fā)生反射時，在同一種介質(zhì)中運動，因此波長、波速和頻率不變，A、B錯誤；波發(fā)生折射時，頻率不變，波速變，波長變，故C錯誤，D正確。答案D思考2：如圖所示，駱駝隊白天在沙漠中行走時，隊伍后面的喊聲，隊伍前面往往聽不到，而夜晚就不同，聽的比較清楚，這是什么原因？提示：白天近地面的氣溫較高，聲速較大，聲速隨離地面高度的增加而減小導(dǎo)致聲音傳播方向向上彎曲；夜晚地面溫度較低，聲速隨離地面高度的增加而增加，聲波的傳播方向向下彎曲，這也是在夜晚聲波傳播地比較遠的原因．在水塘里微風(fēng)激起的水波遇到突出水面的小石子、蘆葦?shù)葧霈F(xiàn)什么現(xiàn)象？答：會繞過它們繼續(xù)傳播，好像它們并不存在。問題探究三

、波的衍射波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫做波的衍射。1.一切波都能發(fā)生衍射2.衍射是波特有的現(xiàn)象衍射的實質(zhì)：振動的形式和能量傳到障礙物后方的陰影區(qū)域中?？丈讲灰娙?，但聞人語響大意：幽靜的山谷里不見人，只能聽到人說話的聲音。問題探究說明聲波可以繞過樹木，透過樹林，傳到遠處。障礙物衍——延展之意波的衍射——波延展到“影子”區(qū)域里的現(xiàn)象。陰影區(qū)陰影區(qū)陰影區(qū)陰影區(qū)波源波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫做波的衍射。三

、波的衍射問題探究

對比兩幅水波通過孔縫衍射照片，總結(jié)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件:衍射現(xiàn)象明顯波繞過障礙物區(qū)域多波繞過障礙物區(qū)域少衍射現(xiàn)象不明顯λλd??λ?dd水波槽實驗：發(fā)波水槽毛玻璃屏幕反射鏡電動機的振動起波器研究λd

？明顯衍射水波槽實驗：波長λ一定的水波通過寬度d不同的狹縫后的衍射圖樣d>λd<λd≈λ明顯明顯不明顯λλλddd在狹縫寬度d一定，不同波長的水波的衍射λ1=

0.3dλ2=

0.5dλ3=

0.7d明顯2、發(fā)生明顯衍射的條件實驗表明：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，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。1、比波長大能發(fā)生明顯衍射嗎？

2、能說成是發(fā)生衍射現(xiàn)象的條件嗎？問題探究水波通過橋洞時發(fā)生衍射A.此時能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象B.擋板前后波紋間距離相等C.如果將孔AB擴大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象D.如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能觀察到的更明顯衍射現(xiàn)象[例2]

(多選)如圖所示是觀察水面波衍射的實驗裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個孔，O是波源，圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間的距離表示一個波長，則對于波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列描述正確的是(

)答案ABC無線電波繞過高大建筑物日暈----光的衍射聲波波長：1.7cm-----17m光波波長：0.4um-----0.7um問題探究光波和聲波誰更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象？隔墻有耳判一判(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(nèi)．

(4)孔的尺寸比波長大得多時就不會發(fā)生衍射現(xiàn)象．

(5)孔的尺寸比波長小能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象．(×)(√)(√)(×)(√)總結(jié)：1、衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都會產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。2、衍射現(xiàn)象總是存在的，只有明顯與不明顯的差異。3、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，僅是發(fā)生明顯衍射的條件4、一般情況下，波長較大的波容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象。1、操場上的喇叭正在播放音樂，有高音也有低音。走到離操場不遠的教學(xué)大樓后面，聽到喇叭播放的音樂聲有所減弱。是高音還是低音減弱得明顯一些？為什么？小試牛刀2、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小。BACCA小試牛刀3、如圖所示，S為波源，MN為兩塊擋板，其中M固定，N板可上下移動，兩板中間有一塊縫，此時測得A點沒有發(fā)生振動，為了使A點能振動起來，可采取的方法是（

）

A、增大波源的頻率

B、減小波源的頻率

C、將N板上移一些

D、將N板下移一些BC小試牛刀4.

如圖所示，正中心O點是水面上一波源，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以外的區(qū)域 C.陰影Ⅱ以外的區(qū)域 D.陰影Ⅲ以外的區(qū)域解析由題圖中可直觀看出，半波長為