第3章——B超基本结构分析1

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_新教材高中物理第三章机械波3波的反射折射和衍射课件新人教版选择性必修第一册

测鱼群利用了声波的反射，故A错误，B、C、D正确．
2．(2021届新余一中检测)人在室内讲话的声音比在室外空旷处讲话
的声音要洪亮，是因为
()
A．室内空气不流动
B．室内声音多次反射
C．室内声音发生折射
D．室内物体会吸附声音
【答案】B
【解析】在室内听到的声音洪亮是因为声波在室内墙壁上经过多次
反射而得到加强，故B正确．
变式2 (多选)如图所示分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔 (A、B图)或障碍物(C、D图)，其中能发生明显衍射现象的有 ( )
【答案】BD 【解析】图B中小孔与波长相差不多，能发生明显衍射．图D中障碍物与波长相差不多，能发生明显衍射．故B、D正确．
衍射现象的两点提醒件，波长越大越易发生明显衍射现象． 2．当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分明显，但衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射．
传播方向频率f
改变θ反＝θ入不变
改变θ折≠θ入不变
波速v
不变
改变
波长λ
不变
改变
2．说明 (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，即波源的振动频率相同． (2)波速v由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变；而折射波与入射波在不同介质中传播，所以波速变化． (3)据v＝λf知，波长λ与v及f有关，即与介质及波源有关．反射波与入射波在同一介质中传播，频率相同，故波长相同．折射波与入射波在不同介质中传播，f相同，v不同，故λ不同．素养点评：本探究通过波的反射和波的折射的探究，培养“科学思维”素养．
核心素养微专题
波的应用——B超人们在说话或唱歌的时候，我们听到的声音称为声波，它的频率在 20～20 000 Hz，超过20 000 Hz以上的声波，人耳就不能听见，称为超声波，简称超声．超声在诊断疾病时，有多种形式：①以振幅(amplitude) 形式诊断疾病的称“一维显示” , 因振幅第一个英文字母是A，故称A 超，又称一维超声；②以灰阶即亮度(brightness)模式形式来诊断疾病的称“二维显示”，因亮度第一个英文字母是B，故称B超，又称二维超声或灰阶超声．

第3章第2节波反射和折射讲义—2022-2022学年新教材鲁科版(2022)高中物理选择性必修第一册

第3章第2节波反射和折射讲义—2022-2022学年新教材鲁科版（2022）高中物理选择性必修第一册第第2节节波的反射和折射[核心素养·明目标]核心素养学习目标物理观念知道波面、波线的概念，了解波的反射定律及折射定律．科学思维掌握波的反射定律和折射定律，并能解释波的反射与折射现象．科学探究能与他人合作用水波实验探究波的反射规律．科学态度与责任通过学习惠更斯原理及声纳的应用，体验探究科学的艰辛及伟大意义．知识点一波的反射1．．波面和波线(1)波面：从波源发出的波，经过相同传播时间到达的各点所组成的面，称为波阵面或波面，如图所示．波面和波线(2)波线：用来表示波的传播方向的线．波线与各个波面总是垂直的．2．．波的分类(1)球面波：波面是球面的波．如空气中的声波．(2)平面波：波面是平面的波．如水波．3．．波的反射(1)反射现象：波从一种介质传播到另一种介质表面时，返回原来介质传播的现象．(2)反射定律：反射波线、入射波线和法线在同一平面内，反射波线和入射波线分别位于法线的两侧，反射角等于入射角．波在均匀介质中传播时，波面的形状不变，波线保持为直线．1：：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“某”)(1)只有平面波的波面才与波线垂直．(某)(2)任何波的波线与波面都相互垂直．(√)(3)反射波的频率、波速与入射波相同．(√)知识点二波的折射与惠更斯原理1．．波的折射(1)折射现象：波在传播过程中，由一种介质进入另一种介质时，传播方向发生偏折的现象．(2)折射定律：iniinr＝v1v2，，中式中v1和和v2分别是波在介质Ⅰ和介质Ⅱ．中的波速．2．．惠更斯原理(1)内容：介质中波面上的每一个点，都可以看成一个新的波源，这些新波源发出子波，经过一定时间后，这些子波的包络面就构成下一时刻的波面．(2)包络面：某时刻与所有子波波面相切的曲面．(3)无论是反射波还是折射波都与入射波的频率相等，即与波源的振动频率相同．子波的波速与频率跟初级波的波速与频率有怎样的关系？提示：都相等．2：：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“某”)(1)折射波的频率、波速与入射波相同．(某)(2)据据v＝λf知，波长λ与波速和频率有关．(√)考点1惠更斯原理波面一定是平面吗？根据如图思考波线与波面的关系是怎样的．提示：波面不一定是平面．波线与波面互相垂直，一定条件下由波面可确定波线，由波线可确定波面．1．．对波线与波面的理解(1)波面不一定是面，如水波，它只能在水面传播，水波的波面是以波源为圆心的一簇圆．(2)波线是有方向的一簇线，它的方向代表了波的传播方向．(3)波线与波面互相垂直，一定条件下由波面可确定波线，由波线可确定波面．2．．惠更斯原理的实质：波面上的每一点(面源)都是一个次级球面波的子波源，子波的波速与频率等于初级波的波速和频率，此后每一时刻的子波波面的包络面就是该时刻总的波动的波面．其核心思想是介质中任一处的波动状态是由各处的波动决定的．3．．惠更斯原理的局限性：光的直线传播、反射、折射等都能用此来进行较好的解释．但是，惠更斯原理是比较粗糙的，用它不能解释衍射现象与狭缝或障碍物大小的关系，而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在，而倒退波显然是不存在的．例【典例1】(多选)下列叙述中正确的是()A．．空间点波源发出的球面波，其波面是一个球面，波线就是以波源为圆心的同心圆B．．平面波的波线是一条直线，其波线相互平行C．．根据惠更斯原理，波面各点都可看作一个子波源，子波前进的方向的包络面就是该时刻的波面D．．利用惠更斯原理，道只要知道t时刻波面的位置和波速，定就可确定t＋Δt时刻波面的位置BCD[球面波的波线沿球面的半径方向，A错误；平面波的波线是一条直线，由于波线与波面垂直，故平面波的波线相互平行，B正确；由惠更斯原理可知，C正确；利用惠更斯原理，只要知道t时刻波面的位置和波速，就可确定另一时刻波面的位置，D正确．]利用惠更斯原理解释波的传播的一般步骤(1)确定一列波某时刻一个波面的位置．(2)在波面上取两点或多个点作为子波的波源．(3)选一段时间Δt．．(4)根据波速确定Δt时间后子波波面的位置．(5)确定子波在波前进方向上的包络面，即为新的波面．(6)由由新的波面可确定波线及其方向．[跟进训练]1．(多选)关于对惠更斯原理的理解，下列说法正确的是()A．．同一波面上的各质点振动情况完全相同B．．同一振源的不同波面上的质点的振动情况一定不同C．．球面波的波面是以波源为中心的一个个球面D．．无论怎样的波，波线始终和波面垂直ACD[按照惠更斯原理：波面是由振动情况完全相同的点构成的面，而不同波面上质点的振动情况可能相同，如相位相差2π整数倍的质点的振动情况相故同，故A对，B错；由波面和波线的概念，不难判定C、D对．故正确答案为A、、C、D．]考点2波的反射如图所示，一场大雪过后，人们会感到外面万籁俱静．这是怎么回事？难道是人的活动减少了吗？提示：刚下过的雪是新鲜蓬松的，它的表面层有许多小气孔．当外界的声波传入这些小气孔时便要发生反射．由于气孔往往是内部大而口径小．所以，仅有少部分波的能量能通过口径反射回来，而大部分的能量则被吸收掉了．所以不是人的活动减少了．1．．对波的反射的理解(1)波发生反射时波的传播方向发生了变化．(2)反射波和入射波在同一介质中传播，介质决定波速，因此波速不变，波的频率是由波源决定的，因此波的频率也不改变，式根据公式λ＝vf，可知波长也不改变．2．．波的反射现象的应用(1)回声测距：①当声源不动时，声波遇到了障碍物会返回来继续传播，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，间设经时间t听到回声，为则声源距障碍物的距离为＝v声t2．②度当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时，为声源发声时障碍物到声源的距离为＝(v声＋＋v)t2．③度当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离声源时，声源离发声时障碍物到声源的距离＝(v声－－v)t2．(2)超声波定位：蝙蝠能发出超声波，超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来，蝙蝠就根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物位置，从而确定飞行方向．另外海豚、雷达也是利用波的反射来定位或测速的．例【典例2】】以有一辆汽车以15m/的速度匀速行驶，在其正前有一陡峭山崖，笛汽车鸣笛2后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离多远？(v声＝＝340m/)[解析]若汽车静止，问题就简单了．现在汽车运动，声音传播，如图所示为汽车与声波的运动过程示意图．由设汽车由A到到C路程为1，C点到山崖B距离为；声波由A到到B再反射到到C路程为2为，因汽车与声波运动时间同为t，则有2＝1＋＋2，，即即v声t＝v汽t＋2以所以＝v声－v汽t2＝340－15某22m＝325m．．[答案]325m[跟进训练]2．．差人耳只能区分相差0.1以上的两个声音，人要听到自己讲话的回声，人离障碍物的距离至少要大于多少米？(已知声音在空气中的传播速度为340m/)[解析]从人讲话到声音传到人取耳的时间取0.1时，人与障碍物间的距离时最小．单程考虑，声音从人传到障碍物或从障碍物传到人耳时t＝0.12＝0.05，，离故人离障碍物的最小距离＝vt＝340某0.05m＝17m．．[答案]17m考点3波的折射如图所示，骆驼队白天在沙漠中行走时，队伍后面的喊声，队伍前面往往听不到，而夜晚就不同，听的比较清楚，这是什么原因？提示：白天近地面的气温较高，声速较大，声速随离地面高度的增加而减小导致声音传播方向向上弯曲；夜晚地面温度较低，声速随离地面高度的增加而增加，声波的传播方向向下弯曲，这也是在夜晚声波传播地比较远的原因．1．．波的反射、折射现象中各量的变化(1)波向前传播在两种介质的界面上会同时发生反射现象和折射现象，一些相关物理量变化如下：波现象比较项波的反射波的折射传播方向改变i＝i′改变r≠i率频率f不变不变速波速v不变改变长波长λ不变改变(2)说明：①率频率f由波源决定，，故无论是反射波的频率还是折射波的频率都等于入射波的频率．②速波速v由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变；折射波与入射波在不同介质中传播，波速变化．③据根据v＝λf，波长λ与与v及及f有关，即与介质和波源有关，反射波与入射波在同一介质中，波速相同、频率相同，故波长相同．折射波与入射波在不同介质中传播，v不同，，f相同，故故λ不同．2．．对折射定律的理解(1)表达式：iniinr＝v1v2．(2)理解①折射的原因：波在两种介质中的传播速度不同．②由于波在一种介质中的波速是一定的，，所以v1v2是一个只与两种介质的性质有关，与入射角、折射角均无关的常数，叫作第二种介质相对第一种介质的折射率，以所以n21＝v1v2．③当当v1>v2时，，i>r，，折当射波的波线靠近法线；当v1<v2时，，i<r，，折射波的波线远离法线．当垂直于界面入射(i＝0°)时时，，r＝0°，，传播方向不变．例【典例3】】如图所示，以某列波以60°的入射角由甲介质射到乙介质的界面上同时发生反射和折射，为若反射波的波线与折射波的波线的夹角为90°，，此波在为乙介质中的波速为1.2某105km/．．(1)该波的折射角为多大？(2)该波在甲介质中的传播速度为多少？(3)该波在两种介质中的波长比为多少？[思路点拨]解答本题时应注意以下几点：(1)由几何关系求折射角；(2)由折射定律求波速；(3)由由v＝λf及波在两种介质中频率相同求波长之比．[解析](1)由反射定律可得反射角为60°，由题图的几何关系可得折射角为r＝30°．．(2)由波的折射定律得v甲v乙＝iniinr以，所以v甲＝iniinr·v乙＝in60°in30°·v2＝3212某某1.2某105km/＝2.08某105km/．．(3)因波长λ＝vf，又因为波在两种介质中的频率相同，则λ甲λ乙＝v甲v乙＝iniinr＝＝3．．[答案](1)30°(2)2.08某105km/(3)3处理波的折射问题的三点技巧(1)弄清折射现象发生的条件：当波从一种介质斜射入另一种介质时，波才发生折射现象．(当波垂直入射时不发生折射现象)(3)计算时，注意公式“iniinr＝v1v2”合中角度与速度的对应；另外，可结合v＝λf及频率不变的特点，将公式转化为波长与角度的关系iniinr＝λ1λ2解决有关波长的问题．[跟进训练]3．．中图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则则()A．2与与1的波长、频率相等，波速不等B．2与与1的波速、频率相等，波长不等C．3与与1的波速、频率、波长均相等D．3与与1的频率相等，波速、波长均不等D[波波1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，A、、B错；波1、3是在两种不同介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由λ＝vf故得波长不同，故C错，D对．]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ABD[本题考查波的反射、折射现象在实际问题中的应用．声呐、雷达都是利用接收反射波来进行定位，A正确，C错误；D选项中水波的传播方向发生，改变属于波的折射现象，D正确；隐形飞机是通过减少波的反射达到隐形的目的，B正确．]2．(多选)下列说法正确的是()A．．任何波的波线都表示波的传播方向B．．波面表示波的传播方向C．．只有横波才有波面D．．波传播中某时刻任一波面上各子波波面的包络面就是新的波面AD[波线表示波的传播方向，故A选项正确，B选项错误；所有的波都具故有波面，故C选项错误；由惠更斯原理故可知，故D选项正确．] 3．．甲、、乙两人平行站在一堵又高又宽的墙前面，，距二人相距2a，，为距墙均为3a，，当甲开了一枪后，在乙在t时间后听到第一声枪响，则乙听到第二声枪响的时间为()A．．枪甲开枪t后B．甲开枪2t后后C．．枪甲开枪3t后D．甲开枪4t后后B[设声速为v，乙听到第一声枪响必然是甲开枪的声音直接传到乙的耳朵故中，故t＝2av①甲、乙两人与墙的位置如图所示，乙听到的第二声枪响必然是墙反射的枪声，由声波的反射定律和几何关系得：AC＝BC＝AB＝2a．．故乙听到第二声枪响的时间t′＝AC＋BCv＝4av②由①②得：t′＝2t，故B对．]4．(新情境题，以“超声波”为背景，考查波的反射)医用B超仪发出的超为声波频率为7.25某104Hz，，为这种超声波在人体内传播的...。

第3章 3 波的反射、折射和衍射—高中物理选择性必修第一册讲义

3．波的反射、折射和衍射学习目标：1.[物理观念]知道什么是波的反射、折射和衍射现象，知道发生明显衍射现象的条件． 2.[科学思维]知道波发生反射现象时，反射角等于入射角．掌握入射角与折射角关系． 3.[科学思维]了解波的衍射在生活中的应用，感受物理与生活之间的联系．☆阅读本节教材，回答第66页“问题”并梳理必要知识点．教材第66页问题提示：注意过．波的反射遵从反射定律．一、波的反射1．反射现象波遇到介质界面会返回来继续传播的现象．2．反射角与入射角(1)入射角：入射波的波线与法线的夹角，如图中的α.(2)反射角：反射波的波线与法线的夹角，如图中的β.3．反射定律反射波线、法线、入射波线在同一平面内，且反射角等于入射角．注意：反射波与入射波的波长、频率、波速都相等，但由于反射面吸收一部分能量，反射波传播的能量将减少．二、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．三、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．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．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)入射波的波线与界面的夹角叫入射角．(×)(2)入射波的波长和反射波的波长相等．(√)(3)孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象．(×)(4)衍射是波的特有现象．(√)2．(多选)下列说法正确的是()A．波发生反射时波的频率不变，波速变小，波长变短B．波发生反射时频率、波长、波速均不变C．波发生折射时的频率不变，但波长、波速发生变化D．波发生折射时波的频率、波长、波速均发生变化BC[波发生反射时因介质未变，故频率、波长、波速均不变；波发生折射时因波源不变而介质变，故频率不变，波长和波速均发生变化．B、C两项正确．] 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C．缩小障碍物的尺寸D．增大波的频率BC[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．而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，同时增大波长即减小波的频率来实现，BC选项正确．]波的反射和折射(a)(b)如图(a)在水槽中，点波源所发出的圆形水波遇直线界面反射后的波形仍为同心圆形．图(b)为圆形波反射的示意图．请举例说明生活中波的反射现象．提示：①回声是声波的反射现象，原因是：对着山崖或高墙说话，声波传到山崖或高墙时，会被反射回来继续传播．②夏日的雷声轰鸣不绝，原因是：声波在云层界面多次反射．③在空房间里讲话声音更响亮，原因是：声波在房间里遇到墙壁、地面或天花板发生反射时，由于距离近，原声与回声几乎同时到达人耳．人耳只能区分相差0.1 s以上的声音，所以人在房间里讲话感觉声音比在空旷处大．如果房间里有幔帐、地毯、衣物等，它们会吸收声波，从而使声音减弱．相应发生变化，比较如下：波的反射波的折射传播方向改变，θ反＝θ入改变，θ折≠θ入频率f 不变不变波速v不变改变波长λ不变改变相等，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，频率同、波速同，故波长相同，折射波与入射波在不同介质中传播，频率同，波速不同，故波长不同．【例1】甲、乙两人站在一堵墙前面，两人相距2a，距墙均为3a.当甲开了一枪后，乙在t时间后听到第一声枪响，则乙在什么时候能听到第二声枪响() A．听不到B．甲开枪后3t时间C．甲开枪后2t时间D．甲开枪后3＋72t时间思路点拨：根据反射定律画出声波传播的示意图，再用速度公式求时间．C[乙听到的第一声枪响必然是甲开枪的声音直接传到乙的耳中，故t＝2av.甲、乙二人及墙的位置如图所示，乙听到的第二声枪响必然是经墙反射传来的枪声，由反射定律可知，波线如图中AC和CB，由几何关系可得AC＝CB＝2a，故第二声枪响传到乙耳中的时间为t′＝AC＋CBv＝4av＝2t.]波的反射应用技巧——回声测距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定律的，可用反射定律作图后再求解．(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．[跟进训练]1．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过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？[解析](1)由f＝vλ得f＝3401Hz＝340 Hz，因波的频率不变，则在海水中的波速为v海＝λ′f＝4.5×340 m/s＝1 530 m/s.(2)入射声波和反射声波用时相同，则海水深为h＝v海t2＝1 530×0.52m＝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′＝2h代入数据解得t′＝0.498 s.[答案](1)340 1 530(2)382.5 m(3)0.498 s波的衍射声波能绕过障碍物到达后面，衍射声波有什么特点？水波能到达挡板的后面，衍射水波有什么特点？提示：衍射波与原波具有相同的频率，传播过程中波形没变．(1)水波遇到障碍物的情况当障碍物较小时发现波绕过障碍物继续前进，如同障碍物不存在一样．如图甲所示，衍射现象明显．甲乙(2)水波遇到小孔的情况当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形波．如图乙所示，衍射现象明显．(3)产生明显衍射的条件产生明显衍射现象，必须具备一定的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不多．名师点睛：障碍物或孔的尺寸大小并不是决定衍射能否发生的条件，仅是衍射现象是否明显的条件，一般情况下，波长较大的波容易发生明显衍射现象．2．波的衍射现象分析波传到小孔(或障碍物)时，小孔(或障碍物)仿佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波(称为子波)，在孔后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象．波的直线传播是衍射不明显时的近似情形．【例2】(多选)如图所示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，则对于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D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象ABC[从题图中可以看出，孔的大小与波长相差不多，故能够发生明显的衍射现象，选项A正确；由于在同一均匀介质中，波的传播速度没有变化，又因为波的频率是一定的，又根据λ＝vf可得波长λ没有变化，选项B正确；当将孔扩大后，孔的宽度和波长有可能不满足发生明显衍射的条件，选项C正确；如果孔的大小不变，使波源频率增大，则波长减小，孔的宽度将比波长大，孔的宽度和波长有可能不满足发生明显衍射现象的条件，选项D错误．]衍射现象的两点提醒(1)障碍物的尺寸的大小不是发生衍射的条件，而是发生明显衍射的条件，波长越大越易发生明显衍射现象．(2)当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射．[跟进训练]2．(多选)如图所示，S为在水面上振动的波源，M、N为水面上的两块挡板，其中N板可以移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水没有振动．为使A处水也能发生振动，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使狭缝的距离增大D．移动N使狭缝的距离减小BD[要使A处水发生振动，应使波的衍射现象更明显，而波能发生明显衍射的条件是狭缝的宽度跟波长相差不多或者比波长更小．因此可将狭缝变小，或将波长变大，而减小波源的频率可以使波长变大，故B、D正确．]1．物理观念：波的反射现象、折射现象及波的衍射．2．科学思维：分析波的明显衍射现象发生的条件．3．科学探究：探究水波的衍射现象．1．下列现象或事实属于衍射现象的是()A．风从窗户吹进来B．雪堆积在背风的屋后C．水波前进方向上遇到凸出在水面上的小石块，小石块对波的传播没有影响D．晚上看到水中月亮的倒影C[波可以绕过障碍物继续传播的现象称为波的衍射．C与衍射现象相符．]2．如图所示是利用发波水槽观察到的水波衍射图像，从图像可知()A．B侧波是衍射波B．A侧波速与B侧波速相等C．减小挡板间距离，衍射波的波长将减小D．增大挡板间距离，衍射现象将更明显B[小孔相当于衍射波的波源，A侧波是衍射波，A错误；在同一种介质中，波速相等，故B正确；根据波速、波长和频率的关系式v＝λf，由于波速和频率不变，故波长不变，故C错误；在波长无法改变的情况下减小挡板间距会使衍射现象更明显，故D 错误．]3．图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则()A．2与1的波长、频率相等，波速不等B．2与1的波速、频率相等，波长不等C．3与1的波速、频率、波长均相等D．3与1的频率相等，波速、波长均不等D[波发生反射时，在同一种介质中运动，因此波长、波速和频率不变，故选项A、B错误；波发生折射时，频率不变，波速变，波长变，故选项C错误，选项D正确．] 4．(多选)关于波的反射，下列说法正确的是()A．波在反射前后，仍在同种介质中传播B．波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长变短C．波发生反射时，波的频率、波长、波速均不变D．波发生反射时，反射角始终等于入射角ACD[波的反射是波在介质界面上反射回同一种介质中继续传播的现象；由于传播介质不变，所以波速、频率、波长均不变．由反射定律知，反射角等于入射角．故A、C、D正确．]5．[思维拓展]情境：“B超”可用于探测人体内脏的病变状况．如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sin θ1sin θ2＝v1v2(式中θ1是入射角，θ2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d，入射角是i，肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行．问题：肿瘤离肝表面的深度h为多少？＝v1v2，[解析]超声波沿如图所示的路线传播，根据sin isin θ又因为v2＝0.9v1，所以sin θ＝0.9sin i．又因为在直角三角形中，sin θ＝d2⎝⎛⎭⎪⎫d22＋h2，所以h＝d100－81sin2i18sin i.[答案]d100－81sin2i18sin i。

人教版高中物理选择性必修1第3章第3节波的反射、折射和衍射教学设计

人教版高中物理选择性必修1第3章第3节波的反射、折射和衍射教学设计课题波的反射、折射和衍射单元 3 学科物理年级高二教材分析学生在初中阶段已经学过光的反射、折射以及回声等的初步知识。

本节内容在相关实例的基础上，以生活中常见的水波为例，介绍了波的反射、折射和衍射现象，进步加深对波的特性的认识。

对波的衍射现象的研究是一个科学探究的过程，教学的关键在于对实验的演示、观察和对实验现象的分析。

为了有助于分析实验现象，可以在观察真实现象的同时利用动画进行模拟，以便学生对衍射现象留下更加深刻的印象。

波的反射、折射是常见的现象，可通过与光的反射、折射的类比，从对实验现象的研究中概括出规律。

对波的反射、折射和行射现象的研究，既是对运动观念的拓展，也是培养科学思维与科学探究能力的重要途径，还是培养学生科学态度与责任的载体。

教学目标与核心素养(1)通过实验认识波的反射和折射现象(2)通过用射线解释反射、折射现象，认识波动中建构物理模型的方法。

(3)知道波的衍射现象和波产生明显衍射现象的条件。

物理观念：知道什么是波的反射、折射和衍射现象，知道发生明显衍射现象的条件。

科学思维：知道波发生反射现象时，反射角等于入射角．掌握入射角与折射角关系。

科学思维：了解波的衍射在生活中的应用，感受物理与生活之间的联系。

科学态度与价值观：在学习过程中培养学生的科学思维与科学探究能力，同事培养学生科学态度与责任。

重点知道什么是波的反射、折射和衍射现象，知道发生明显衍射现象的条件。

难点知道什么是波的反射、折射和衍射现象，知道发生明显衍射现象的条件。

教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图导入新课我们知道，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?观察水波的反射。

从学生熟知的声波的反射引入课题，由陌生到熟悉。

增强知识的连贯性。

高考高考生物一轮复习-第三章细胞的基本结构(第五课时)第1、2节细胞膜-系统的边界、细胞器-系统

3.实验材料的选择应以取材方便、制片简单、观察效果好为原则。由于藓类植物的叶片薄而小,叶绿体清楚,可取整个小叶制片,是观察叶绿体实验材料的首选对象。含线粒体但颜色鲜艳的植物叶片,不能用于观察线粒体,因为其原有的颜色会遮盖健那绿染色后的颜色变化,影响观察。
【总结提升】
①牙签一定要消毒,防止牙签上其他微生物对本
【例 5】下列关于有机物的合成场所叙述不正确的是( D )
A.性激素－内质网 B.胰岛素－核糖体 C.葡萄糖－叶绿体 D.水解酶－溶酶体
【解析】性激素的化学本质是固醇,属于脂质,合
成场所是滑面内质网,A 正确；胰岛素的化学本质是蛋
白质,合成场所是核糖体,B 正确；叶绿体的功能是进
行光合作用,实质是合成糖类等有机物,C 正确；水解
成
胞中
【知识拓展】
①植物细胞特有的细胞结构有：细胞壁、叶绿体、中央大液泡,其中一定具有的是细胞壁。②能产生水的细胞结构主要有：线粒体、叶绿体、核糖体、高尔基体、细胞核(复制、转录时)。③与分泌蛋白合成和分泌相关的细胞结构有：核糖体、内质网、高尔基体、线粒体、囊泡和细胞膜。④产生 ATP 的细胞结构有：细胞质基质、线粒体、叶绿体。⑤具有双层膜的细胞结构有：细胞核、线粒体、叶绿体。
【知识拓展】
1．细胞膜的成分
2.细胞膜的功能（1）将细胞与外界环境分隔开
细胞膜将细胞与外界环境隔开，保障了细胞内环境的相对稳定。
（2）控制物质进出细胞包括细胞膜控制作用的普遍性和控制作用的相对性两个方面，如图所示：（3）进行细胞间的信息交流细胞间信息交流主要有三种方式： ①通过体液的作用来完成的间接交流内分泌细胞―分―泌→激素―进―入→体液体―液―运→输靶细胞受体 ―信―息→靶细胞，即激素→靶细胞。

MMP-1

综上所述，使用腹部Ｂ超联合阴道Ｂ超进行妇科急腹症的诊断具有比较高的诊断准确率，从而使患者可以尽快确诊，做出正确的判断，避免延误治疗的时机，因此ｌ｝缶床应用价值比较高，值得推广。参考文献［１］朱秋，王惠，钟毓．Ｂ超检查在妇科急腹症中的应用探析［Ｊ］．中外医疗，２０１３，
家庭心理医生２０１５年５月第５期
３讨论
ＦａｍｉＩＹｐｓｙｃｈｏＩｏｇｉｃａＩｄｏｃｔｏｒ
医学影像与检验
宫等盆腔脏器进行阴道Ｂ超检查，从而对病变的性质更ＤｔｌＴ解，提高诊断的准
确率。
妇科急腹症的主要症状为阴道出血发热、白带呈脓状或者增多，病情大部
ｃ一反应蛋白（Ｃ — ｒｅａｃｔｉｖｅｐｒｏｔｅｉｏｎ，ＣＲＰ）主要由肝脏产生，是炎性淋巴因子白介索６、白介素１，肿瘤坏死因子等刺激肝脏上皮细胞合成。ＣＲＰ在感染后６ — ８ｈ开始升高，２４－４８ｈ达到高峰，ＣＲＰ＞２０ｍｇ／Ｌ时可考虑为细菌感染。在儿童急性呼吸道感染疾病中，ＣＲＰ被认为是很好的诊断和鉴别诊断指标，一般认为细菌感染时血液中ＣＲＰ升高，并且与感染程度成正相关；由于ＷＢＣ计数的影响因素很多，生理因素有餐后、剧烈运动、极度恐惧与疼痛等都可致ＷＢＣ计数升高，对儿童影响尤其明显。病毒感染时ＣＲＰ无明显升高；细菌感染时ＣＲＰ要比白细胞计数更准确和敏感，为了全面评估患儿现状感染情况和抗生素应用提供更

超声基础知识.doc1

超声基础知识.doc1第⼀章、超声诊断物理基础第⼀节超声波的概念⼀、超声波的基本概念1、声波的性质超声波是指频率超过⼈⽿听觉范围（20~20000HZ）的⾼频声波，即：频率>20000HZ的机械（振动）波。

超声波不能在真空中传播，超声波的振态在固体中有纵波、横波、表⾯波、瑞利波、板波等多种振态，⽽在液体和⽓体中只有纵波振态，在超声诊断中主要应⽤超声纵波。

2、诊断常⽤的超声频率范围2~10MHZ(1MHZ=106HZ)3、超声波属于声波范畴它具有声波的共同物理性质①⽅式------必须通过弹性介质进⾏传播在液体、⽓体和⼈体软组织中的传播⽅式为纵波(疏密波) 具有反射、折射、衍射、散射特性,以及在不同介质中(空⽓、⽔、软组织、⾻骼)分别具有不同的声速和不同的衰减等②声速------在不同介质中，声速有很⼤差别：空⽓(20℃)344m/s,⽔（37℃）1524m/s,肝1570m/s,脂肪1476m/s,颅⾻3360m/s⼈体软组织的声速平均为1540m/s,与⽔的声速相近。

⾻骼的声速最⾼相当于软组织平均声速的2倍以上⼆、基本物理量声学基本物理量波长、频率、声速及三者的关系λ=С/f 声速：不同介质的声速空⽓(20℃)344m/s、⽔(37℃)1524m/s、肝脏\⾎液1570m/s、脂肪组织1476m/s、颅⾻3360m/s。

⼈体软组织平均声速掌握1540m/s 三、声场（⼀）超声场概念超声场是指发射超声在介质中传播时其能量所达到的空间。

超声场简称声场，⼜可称为声束。

（⼆）声场特性1、①扫描声束的形状、⼤⼩（粗细）及声束本⾝的能量分布，随所⽤探头的形状、⼤⼩、阵元数及其排列、⼯作频率（超声波长）、有⽆聚焦以及聚焦的⽅式不同⽽有很⼤的不同②声束还受⼈体组织不同程度吸收衰减、反射、折射和散射等影响即超声与⼈体组之间相互作⽤的影响。

2、声束由⼀个⼤的主瓣和⼀些⼩的旁瓣组成超声成像主要依靠探头发射⾼度指向性的主瓣并接收回声；旁瓣的⽅向总有偏差，容易产⽣伪像。

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超声成像的换能器技术
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超声换能器——压电振子
压电晶体——压电体——压电振子（1）存在自发极化，但各晶粒间自发极化方向杂乱，各晶粒间压电效应互相抵消，宏观无极性。（2）人工极化处理后，则宏观具有极性，有压电性，成为压电体。（3）压电振子指被覆有激励电极的压电体，它是构成各种超声探头中的换能器的基本单元。一个压电换能器中可以仅有一个压电振子，也可以有多个，每一个压点振子都是一个可逆的机电换能系统。
超声成像的换能器技术
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超声换能器——类别
通常工作中习惯使用较多的是按①、④、⑤3种方式分类。以下仅就最常见典型探头加以介绍。
超声成像的换能器技术
超声成像的换能器技术
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超声换能器——特性参量
（4）使用特性一般软组织适合用2－5MHz频率的超声，对于甲状腺等小器官的探测则要求分辨率好，宜使用5MHz以上的频率，对于眼球的探测可用10MHz或以上的探头。现在有的超声探头可在单个探头上发射和接收多种频率超声波，以期适应多种用途。有的探头采用近场使用较高频率的超声以提高分辨率，远场使用较低的频率以期提高探查深度。
超声成像的换能器技术
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超声换能器——压电效应
某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。
超声成像的换能器技术
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超声换能器——压电材料
（3）压电聚合物早在1940年，苏联就曾发现木材具有压电性。之后又相继在苎麻、丝竹、动物骨骼、皮肤、血管等组织中发现压电性。 1960年发现了人工合成的高分子聚合物的压电性。 1969年发现电极化后的聚偏二氟乙烯具有较强的压电性。
超声成像的换能器技术
超声成像的换能器技术
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超声换能器——压电材料
（1）压电单晶体单晶体是原子排列规律相同，晶格位相一致的晶体。石英单晶（水晶），按一定方向切割，具有显著压电效应人工培养晶体，如磷酸二氢氨、硫酸锂、铌酸铅等单晶体材料是超声换能器的最佳首选。
超声成像的换能器技术
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超声换能器——压电材料
（2）压电多晶体多晶体是指很多具有相同排列方式但是晶格位相不一致的很多小晶粒组成的晶体。压电多晶体以压电陶瓷为主。首先研制出来的是钛酸钡， 1995年发展了锆钛酸铅，从而取代了钛酸铅。多晶体压电陶瓷材料需要极化，才具有压电效应。目前，医用超声换能器几乎都是采用锆钛酸铅材料。钛酸钡及锆酸铅是在高温下烧结的多晶陶瓷体，把毛坯烧结成陶瓷体后，经过适当的研磨修整，得到所需的几何尺寸，再用高压直流电场极化后，就具有压电性质，成为换能器件。
超声成像的换能器技术
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超声换能器——压电振子
晶体和陶瓷片因切割方位和几何尺寸不同，产生机械振动的固有频率也不同。（1）当外加的交变电压的频率与固有频率一致时，产生的机械振动最强; （2）当外加的机械力的频率与固有频率一致时，所产生的电荷也最多。在超声波诊断仪中激励脉冲的频率必须与探头的固有频率相同。
F －－－－－－＋＋＋＋＋极化方向－－－－－＋＋＋＋＋＋
超声成像的换能器技术
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超声换能器——逆压电效应
在陶瓷片上加一个与极化方向相同的电场（1）由于电场的方向与极化强度的方向相同，所以电场的作用使极化强度增大。这时，陶瓷片内的正负束缚电荷之间距离也增大，即陶瓷片沿极化方向产生伸长形变（图中虚线）。（2）如果外加电场的方向与极化强度的方向相反，则陶瓷片沿极化方向产生缩短形变。
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超声换能器
超声换能器，又称超声探头，在医学超声仪器中完成电声转换作用。超声诊断仪是通过探头产生入射超声波(发射波)和接收反射超声波(回波)的，是诊断设备的重要部件。高频电能激励探头中的晶体产生机械振动，反射超声波的机械振动又可通过探头转换为电脉冲。也就是说探头能将电能转换成声能，又能够将声能转换成电能，所以探头又称做超声换能器。换能器性能状况直接关系医用超声设备性能，影响成像的质量。使用中压电换能器在超声诊断仪中占主要地位。其原理来自于晶体的压电效应。
超声成像的换能器技术
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超声换能器——医学应用
医学应用中，超声波的发射是利用换能器的逆压电效应，而超声波的接收是利用换能器的正压电效应。
超声成像的换能器技术
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超声换能器——对压电材料特性要求
①转换性能。要求具有较大压电常数。 ②机械性能。压电元件作为受力元件，希望机械强度高、刚度大，以期获得宽的线性范围和高的固有振动频率。 ③电性能。希望具有高电阻率和大介电常数，以减弱外部分布电容的影响并获得良好的低频特性。 ④环境适应性强。温度和湿度稳定性要好，要求具有较高的居里点，获得较宽的工作温度范围。 ⑤时间稳定性。要求压电性能不随时间变化。
超声成像的换能器技术
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超声换能器——特性参量
（3）暂态特性超声诊断仪的换能器大多工作于脉冲状态，换能器对脉冲的响应速率称为暂态特性，这是一项重要指标。换能器的暂态特性与其频率特性是有关系的，简言之，换能器的频谱越宽，它的暂态特性越好，可允许的超声脉冲的宽度越窄。所描述的脉冲宽度是指断续发射出超声的时间长度，单位是秒（s），它与频率（超声波每秒振动的次数）是不同的。
超声成像的换能器技术
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超声换能器——特性参量
（1）频率特性如果对压电晶体施加一定值的电压，改变所加电压频率，当电压频率为某一频率fm时，电流出现最大值Imax，当电压频率为另一频率fn时，电流出现最小值Imin。压电晶体电流随频率变化的现象，说明压电换能器晶体的等效阻抗是一个随频率变化的量。如果继续增加电压的频率，还发现有规律地出现一系列电流的波动，且波动的最大值(对应 fm1、fm2…)是依次减小的，波动的最小值(对应fn1、fn2…则是依次增大，fm称为压电振子的最小阻抗频率(又可称为最大传输频率)；fn称为最大阻抗频率(又可称为最小传输频率)。
超声成像的换能器技术
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超声换能器——特性参量
（4）使用特性探头的使用特性主要有工作频率、频带宽度、灵敏度、分辨率等。工作频率的选择主要决定于临床诊断要求，人体各部位对超声波的衰减很不相同，衰减系数随频率升高增加很快。因此，对于衰减大的组织和要求探测深度大时，应选取较低的工作频率，反之，则选取较高的工作频率。
超声成像的换能器技术
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超声换能器——压电效应
压电效应是电介质材料中一种机械能与电能互换的现象。压电效应有两种，正压电效应及逆压电效应。某些材料，当在其两端加一压力时，则在材料的两个电极表面上将出现电荷的积累，这种效应称为正向压电效应。材料的压电效应是可逆的，当在其两端加上一个电场时，则材料将出现形变，称为逆向压电效应。
超声成像的换能器技术
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超声换能器——类别
超声探头可以从以下不同方面来分类，它们是: ①按诊断部位分类，有眼科探头、心脏探头、腹部探头、颅脑探头、腔内探头和儿童探头等； ②按应用方式分类，有体外探头、体内探头、穿刺活检探头； ③按探头中换能器振元数目分类，有单元探头和多元探头； ④按波束控制方式分类，有线扫探头、相控阵探头、机械扇扫探头和方阵探头等； ⑤按探头的几何形状分类(这是一种惯用的分类方法)，有矩形探头、柱形探头、弧形探头(又称凸形)、圆形探头等。
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超声换能器——基本结构
（3）聚焦超声诊断换能器——声学聚焦凹面振子：压电振子制成均匀的凹面形状，凹面振子工艺要求高，难制作。
超声成像的换能器技术
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超声换能器——基本结构
（3）聚焦超声诊断换能器——声学聚焦声透镜：利用超声波折射原理而使声束聚焦。透镜介质声速C1和被测介质声速C2之比大于1——凹透镜透镜介质声速C1和被测介质声速C2之比小于1——凸透镜通过对透镜几何尺寸和材料特性的选择，改变聚焦特性。
第三章 B超基本结构分析
目录
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
超声成像的换能器技术
B超成像工作原理与整机结构分析
B超发射声束的形成与扫描电路 B超接收电路的基本结构与工作原理超声回波信号显示前处理
数字扫描变换器
超声图像数字化
TV合成与D/A变换
系统控制概述全数字B超
超声成像的换能器技术
超声成像的换能器技术
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超声换能器——特性参量
（1）频率特性压电晶体电流随频率变化的现象，说明压电换能器晶体的等效阻抗是一个随频率变化的量。
超声成像的换能器技术
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超声换能器——特性参量
（2）换能特性换能器的换能特性包括两个方面:电能－机械能－超声能，超声能－机械能－电能。前者属于发射过程，后者属于接收过程。能量间转换必然产生损失(产生了无益的能耗)，以转换效率来表征换能器这一性能：电机转换效率 = 输出的机械功率／输入的电功率机声转换效率 = 辐射的超声功率／输入的机械功率电声转换效率 = 辐射的超声功率／输入的电功率
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超声换能器——压电材料
（4）压电复合材料压电复合材料是有两种或多种材料复合而成的压电材料。常见的压电复合材料为压电陶瓷和聚合物（例如聚偏氟乙烯活环氧树脂）的两相复合材料。这种复合材料兼具压电陶瓷和聚合物的长处，具有很好的柔韧性和加工性能，具有较低的密度、容易和空气、水、生物组织实现声阻抗匹配。此外，压电复合材料还具有压电常数高的特点。压电复合材料在医疗、传感、测量等领域有着广泛的应用。
超声成像的换能器技术
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超声换能器——正压电效应
在陶瓷片上加一个与极化方向平行的压力F：（1）陶瓷片将产生压缩形变（图中虚线），片内的正、负束缚电荷之间的距离变小，极化强度也变小。原来吸附在电极上的自由电荷，有一部分被释放，而出现放电荷现象。（2）当压力撤消之后，陶瓷片恢复原状(这是一个膨胀过程)，片内的正、负电荷之间的距离变大，极化强度也变大，电极上又吸附一部分自由电荷而出现充电现象。