第三章 第3节 波的反射、折射和衍射-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册同步核心辅导与测评（人教版）

第3节　波的反射、折射和衍射 [学习目标要求]　1.通过演示实验，知道波传播到两种介质交界面时会发生反射和折射现象。2.通过比较波的反射和折射，知道反射波和折射波的频率、波速和波长的变化关系。3.通过观察，理解波发生明显衍射的条件，并能用该条件解释相关物理现象。 　波的反射和折射 1．波的反射 (1)概念：水波遇到挡板时，会返回原来的介质中继续传播的现象叫作波的反射。 (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。 2．波的折射 (1)概念：像光一样，水波从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象叫作波的折射。 (2)规律：一切波都会发生折射现象。 [判一判] (1)在空旷的房间里往往听不清对方说的话，这是墙壁对声音多次反射的结果。(√) (2)波的折射现象在同一种均匀的介质中也能发生。(×) (3)水波能发生折射，其他波不一定能发生。(×) (4)入射波的波线，折射波的波线与界面的法线在同一平面内。(√) 　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。 [判一判] (1)孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象。(×) (2)孔的尺寸比波长小能观察到明显的衍射现象。(√) (3)超声波比普通声波的波长小。(√) 学习任务一　波的反射、折射现象中各量的理解 [导学探究] 波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，会发生如下图所示的现象，仔细观察如图所示的水波现象，甲和乙分别表示什么？这两种现象中不变量和变量分别是什么？ 　 甲　　　　　　　　　　　　　乙 提示：甲是波的反射，波速、频率和波长都不变；乙图是波的折射现象，频率不变，波速和波长发生改变。 [思维深化] 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．波长λ与波速和频率有关：据v＝λf知，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。具体见下表所示。 波现象 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 　一列声波在介质Ⅰ中的波长为0.2 m。当该声波从空气中以某一角度传入介质Ⅱ中时，波长变为0.6 m，如图所示，若介质 Ⅰ 中的声速为340 m/s。 (1)求该声波在介质Ⅱ中传播时的频率； (2)求该声波在介质Ⅱ中传播的速度； (3)若另一种声波在介质Ⅱ中的传播速度为1400 m/s，按图中的方向从介质Ⅰ射入介质Ⅱ中，求它在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的频率之比。 解析：(1)声波在介质Ⅰ中传播时，由v＝λf得 f＝＝ Hz＝1700 Hz，由于声波在不同介质中传播时，频率不变，所以声波在介质Ⅱ中传播时，频率为1700 Hz。 (2)由v＝λf得声波在介质Ⅱ中的传播速度为v2＝λ2f＝0.6×1700 m/s＝1020 m/s。 (3)波由介质Ⅰ到介质Ⅱ的过程中，只有频率不变，故当波从介质Ⅰ进入介质Ⅱ时，其频率之比为1∶1。 答案：(1)1700 Hz　(2)1020 m/s　(3)1∶1 [针对训练] 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 解析：D　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。 2．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。海面上发出的声音经0.4 s听到回声，则海水的深度为多少？ 解析：声音在空气与在海水中的频率相同，则＝，所以v水＝λ水＝340×4.5 m/s＝1530 m/s，物体发出的声音经＝0.2 s传至海底，故海水的深度为s＝v水·＝1530×0.2 m＝306 m。 答案：306 m 学习任务二　波的衍射 [导学探究] 如图所示是一个可观察水波衍射的水波发生槽，振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成的宽度可调节的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播。 (1)水波遇到小孔时