第3章 3 波的反射、折射和衍射-【精讲精练】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册人教版（教师用书）

3　波的反射、折射和衍射 [学业要求与核心素养] 物理观念 科学思维 1．知道波传播到两种介质的交界面时会发生反射、折射现象。 2．通过观察水波的衍射现象，认识衍射现象的特征。 知道衍射现象是波特有的现象，知道什么是波的衍射现象和发生明显衍射现象的条件。 一、波的反射 1．反射现象：波遇到障碍物会__返回来__继续传播的现象。 2．反射规律：反射线、法线、入射线在__同一平面内__，反射线、入射线分居__法线两侧__，反射角__等于__入射角。 二、波的折射 波从一种介质传播到另一种介质时，波的__传播方向__发生改变的现象叫波的折射。 三、波的衍射 阅读教材，并回答： 1．在水塘里微风激起的水波遇到突出水面的小石子、芦苇等会出现什么现象？ 答　水波绕过障碍物继续传播。 2．观察教材图3.3­3演示实验： (1)甲、乙两图中，哪个图的水波衍射更明显？ (2)当由宽缝逐渐减小狭缝宽度时，衍射现象是更明显、还是更不明显？ (3)发生更明显的衍射时，狭缝的宽度与波长大小上有怎样的关系？ 答　(1)乙　(2)更明显　(3)缝的宽度跟波长相差不多，或者比波长更小。 [概念·规律] 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．发生明显衍射的条件：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__。 3．__一切波__都能发生衍射，衍射是波特有的现象。 探究点一　波的反射和折射 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，波速、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。 　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) [解析]　画出汽车与声音运动过程示意图如图所示，设汽车由A到C位移为x1，C到山崖B距离为x2，设汽车鸣笛到司机听到回声时间为t，则 t＝2 s 则：＝＝t 解得 x2＝＝＝ m＝325 m。 [答案]　325 m 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)若物体在海面上向海水发出的声音经1.5 s后听到回声，则海水深为多少？ 解析　(1)由f＝得，该波的频率f＝Hz＝340 Hz，因为波从空气进入海水，频率不变，则在海水中的波速 v海＝λ海·f＝4.5×340 m/s＝1 530 m/s。 (2)入射波和反射波用时相同，则海水深为 h＝v海·＝ m＝1 147.5 m。 答案　(1)340　1 530　(2)1 147.5 m 2．当一个探险者进入一个山谷后，为了估测出山谷的宽度，他吼一声后，经过0.5 s听到右边山坡反射回来的声音，又经过1.5 s后听到左边山坡反射回来的声音，若声速为340 m/s，则这个山谷的宽度约为(　　) A．170 m　　　　　　　 B．340 m C．425 m D．680 m 解析　右边的声波从发出到反射回来所用时间为t1＝0.5 s，左边的声波从发出到反射回来所用的时间为t2＝2 s，山谷的宽度425 m。 答案　C 探究点二　波的衍射 1．衍射是波特有的现象 (1)一切波都能发生衍射现象，只是有的明显，有的不明显。 (2)波的直线传播只是在衍射不明显时的近似。 (3)波长较长的波容易产生明显的衍射现象。 2．衍射现象与观察的矛盾 当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射现象不容易观察到。 　 (多选)观察水面波衍射的实验装置如图所示，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)之间的距离表示一个波长，则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 [解析]　从题图中可看出孔AB的尺寸小于一个波长，所以此时能明显地观察到波的衍射现象，选项A正确；因为穿过挡板小孔后的波速不变，频率相同，所以波长也相同，选项B正确；若将孔AB扩大，将可能不满足发生明显衍射现象的条件，就有可能观察不到明显的衍射现象，选项C正确；若将波源频率增大，由于波速