3.3 波的反射、折射和衍射(word教参)-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第一册（人教版2019）

第3节　波的反射、折射和衍射 （见学生用书P68） 　　[学习目标]1.知道什么是波的反射、折射和衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件（物理观念）.2.通过实验探究波发生明显衍射现象的条件（科学探究）.3.会利用波发生明显衍射现象的条件分析相关问题（科学思维）. 知识点 1　波的反射、折射 1.波的反射 （1）概念：波在传播的过程中，遇到两种介质的　分界面　时返回到　原介质　继续传播的现象叫作波的反射. （2）规律：波的反射与光的反射遵循同样的规律.如图所示，当波传播到两种介质的交界处发生反射时，反射线、法线、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. 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. 2.波的折射 （1）概念：波从一种介质　进入　另一种介质时，波的　传播方向　发生改变的现象. （2）普遍性：理论和实践证明，　一切　波都会发生折射现象. 注意：波的折射现象中，波的频率不变，波速和波长发生改变. 知识点 2　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.波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.普遍性：一切波都能发生衍射.衍射是波　特有　的现象. 注意：一切波都能发生衍射现象，当波遇到障碍物时，衍射现象总是存在的，只有“明显”与“不明显”之分. 1.判断下列说法的正误. （1）夏日的雷声有时轰鸣不绝，原因是声波在云层里多次反射.（　√　） （2）波发生折射时波的频率不变，但波长、波速发生变化.（　√　） （3）闻其声而不见其人，说明声波能发生衍射现象.（　√　） （4）当障碍物大小一定时，波的频率越小，衍射现象越明显.（　√　） 2.在某海水浴场，同学漂浮在海面上，水波以3 m/s的速率向着海滩传播，该同学记录了第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间为18 s.则该水波的周期为　2　s，该水波的波长为　6　m，该水波可以绕过障碍物继续传播属于波的　衍射　现象. 考点 1　波的反射与折射 【情境导学】我们在山中、在大的空房间里大声说话时，都会听到回声，这属于波的什么现象？ 答案：波的反射. 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）波的频率是由波源决定的，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. 【例题1】如图所示，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 思维导引：波在传播过程中频率不变，在不同介质中传播时速度不同. 答案：D　 解析：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，选项A、B错误；波发生折射时，频率不变，波速变，波长变，选项C错误，D正确. 【变式1】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？ 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. 答案：425 m 考点 2　波的衍射 【情境导学】如图所示是一个可观察水波衍射的发波水槽，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.回答下列问题： （1）水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？ （2）当水波遇到较大的障碍物时，会观察到什么现象？当障碍物较小时，会观察到什么现象？ 答案：（1）水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后面的“阴影区”；小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显. （2）当水波遇到较大的障碍物时，将会返回；当障碍物较小时，波能绕过障碍物继续向前传播. 1.衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射.衍射只有“明显”与“不明显”之分，障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多，或比波长小，是产生明显衍射的条件. 2.声波波长较长，一般为1.7 cm～17 m. 3.波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况. 【例题2】（多选）如图所示，图中S为在水面上振动的波源，M、N是水面上的两块挡板，其中N板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水面没有振动，为使A处水面也能发生振动，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使狭缝的间距增大 D.移动N使狭缝的间距减小 思维导引：使原来没有振动的A处水面发生振动，也就是让衍射现象变得更明显. 答案：BD　 解析：要发生明显的衍射，障碍物的尺寸或宽度要比波长小或与波长相差不多，要使狭缝满足明显衍射的条件，可将狭缝间距变小，或将波长变长，选项B、D正确. 衍射现象的两点提醒 1.障碍物或孔的尺寸大小不是决定能否发生衍射的条件，而是衍射现象是否明显的条件，波长越大越易发生明显的衍射现象. 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. 【变式2】如图所示是利用水波槽观察到的水波衍射图样，从图样可知（　　） A. B侧波是衍射波 B. A侧波速与B侧波速相等 C.增大水波波源的频率，衍射现象将更明显 D.增大挡板之间的距离，衍射现象将更明显 答案：B　 解析：挡板左边是衍射波的波源，选项A错误；在同一种介质中，机械波的波速相等，选项B正确；波速不变，增大水波波源的频率，水波的波长将减小，而挡板间距没变，所以衍射现象将没有原来的明显，选项C错误；在波长没改变的情况下，增大挡板间距，衍射现象将没有原来的明显，选项D错误. 1.（波的衍射）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 答案：C　 解析：波可以绕过障碍物继续传播的现象称为波的衍射，只有选项C与衍射现象相符. 2.（波的反射）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.室内物体会吸收声音 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，选项B正确. 3.（波的衍射）（多选）如图所示是观察水波衍射的实验装置. 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）之间的距离表示一个波长，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是（　　） A.此时能观察到波明显的衍射现象 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，能观察到更明显的衍射现象 答案：ABC　 解析：观察题图可知孔的尺寸与波长差不多，能观察到波明显的衍射现象，选项A正确；因波的传播速度不变，频率不变，故波长不变，即挡板前后波纹间距离相等，选项B正确；若将孔AB扩大，且孔的尺寸大于波长，则可能观察不到明显的衍射现象，选项C正确；若f增大，由λ＝知λ变小，衍射现象变得不明显了，选项D错误. 4.（波的反射）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：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，如图所示. 设汽车在A点鸣笛，A点到山崖B的距离为x1，汽车运动到C点听到回声，设AC距离为x2，CB距离为x，因二者运动时间相同，则有x1＝x2＋x， x1＋x＝v声t， x2＝v车t， 联立解得x＝325 m. 答案：325 m 学科网（北京）股份有限公司 $$