第三章 3 波的反射、折射和衍射-2022-2023学年高二新教材物理选择性必修第一册【步步高】学习笔记（人教版）

3　波的反射、折射和衍射 [学习目标]　1.了解波的反射和折射现象，知道波的反射和折射规律.2.知道波的衍射现象和波发生明显衍射的条件． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、波的反射 1．反射现象：波遇到介质界面(如水波遇到挡板)时会返回原介质继续传播的现象． 2．反射规律：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. 二、波的折射 1．波的折射：光从一种介质进入另一种介质时会发生折射，同样，其他波从一种介质进入另一种介质时也发生折射. 2．水波的折射：一列水波在深度不同的水域传播时，在交界面处将发生折射. 三、波的衍射 1．波的衍射：波绕过障碍物继续传播的现象. 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．波的衍射的普遍性：一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象. 1．判断下列说法的正误． (1)一切波都能发生折射和衍射现象．(　√　) (2)水波的反射不遵从反射规律．(　×　) (3)只有当障碍物的尺寸与波长相差不多或比波长小时，才会发生衍射现象．(　×　) (4)“闻其声不见其人”，是指声波的衍射现象．(　√　) (5)波从一种介质进入另一种介质时频率发生变化．(　×　) 2．(多选)下列判断正确的是(　　) A．北京天坛回音壁的回音是由声波的衍射形成的 B．北京天坛回音壁的回音是由声波的反射形成的 C．在墙外能听到墙内人讲话，这是声波反射形成的 D．在墙外能听到墙内人讲话，这是声波衍射形成的 答案　BD 解析　北京天坛回音壁的回音是由声波的多次反射形成的，故A错误，B正确；在墙外能听到墙内人讲话，这是声波的衍射形成的，故C错误，D正确． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、波的反射和折射 导学探究 如图甲，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．图乙为圆形波反射的示意图．请举例说明生活中波的反射现象． 答案　①对着远处的峭壁或高墙说话会听到回声．②夏日的雷声轰鸣不绝，是因为声波在云层界面多次反射． 知识深化 1．波的反射遵从反射规律，即入射线、反射线及法线位于同一平面内，入射线、反射线分别位于法线的两侧，反射角等于入射角． 2．波的反射和折射中各物理量的变化 (1)波的频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是不改变的． (2)波速是由介质决定的，波反射时是在同一均匀介质中传播，因此波速不变，波折射时是在不同介质中传播，因此波速改变． (3)波长是由频率和波速共同决定的，即在波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据公式λ＝可知波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由λ＝可知波长变长，反之变短． 例1　图中1、2、3分别代表入射线、反射线、折射线，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 答案　D 解析　波线1、2都在介质a中，故1、2的频率、波速、波长均相等，A、B错；波线1、3是在两种不同介质中，波速不同，但波源没变，因而频率相等，波速改变，由λ＝得波长改变，故C错，D对． 例2　某测量员利用回声测距，他站在两平行竖直墙壁间某一位置(不是中间位置)鸣枪，经过1 s第一次听到回声，又经过0.5 s再次听到回声，已知声速为340 m/s，则两墙壁间的距离为多少？ 答案　425 m 解析　设两墙壁间的距离为s，测量员离较近的墙壁的距离为x，则他离较远的墙壁的距离为s－x， 第一次听到回声时，2x＝vt1 第二次听到回声时，2(s－x)＝v(t1＋Δt) 其中Δt＝0.5 s，t1＝1 s，代入数据解得：s＝425 m. 回声测距的三种情况 1．当声源不动时，声波遇到了障碍物后会返回继续传播，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，设经时间t听到回声，则声源到障碍物的距离为s＝v声·. 2．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，声源发声时障碍物到声源的距离为s＝(v声＋v)·. 3．当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离静止的声源时，声源发声时障碍物到声源的距离为s＝(v声－v)·. 针对训练1　有一辆汽车以15 m/s的速度匀速行驶，在其正前方有一陡峭山崖，汽车鸣笛2 s后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离有多远？(v声＝340 m/s) 答案　325 m 解析　汽车匀速行驶，速度为v车＝15 m/s，声音在空气中传播速度不变，汽车从鸣笛到听到回声，二者运动时间相同