3.3 波的反射、折射和衍射（Word教参）-【优化指导】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 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 初步形成波的反射、折射和衍射的概念。 理解波的反射定律和折射定律。 通过实验认识波的反射和折射现象，探究发生明显衍射现象的条件。 在认识波的反射、折射和衍射的过程中，逐渐形成关注生活现象并尝试用所学知识解释相关现象的习惯，通过探究实验，形成严谨认真、实事求是的科学态度。 [对应学生用书P82] 一、波的反射 1．定义：波遇到介质界面会返回来继续传播的现象。 2．波的反射定律：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，如图所示。 二、波的折射 1．定义：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。 2．一切波都会发生折射现象。 三、波的衍射 1．定义：波绕过障碍物继续传播的现象。 2．实验及现象 (1)准备实验器材：在水槽里放两块挡板，中间留个狭缝。 (2)现象 ①狭缝宽度比波长大得多时：波的传播如同光沿直线传播一样，在挡板后面产生一个“阴影区”。 ②狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时，发生明显的衍射现象，波可以绕到挡板后面继续传播。 3．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。 4．一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象。 (物理与生活)如图所示，甲、乙、丙分别为水波的反射、折射和衍射图片，判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (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)波从一种介质进入另一种介质时频率发生变化。(　　×　　) [对应学生用书P83] 探究点一___波的反射和折射 生活经验告诉我们：在峰峦林立的山中高喊，可以听到好多次回声；在大的空房间里大声说话，也会听到回声。 [问题设计] 这属于波的什么现象？ 提示：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的，因此波速不变；波折射时是在不同介质中传播的，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】 (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，波的频率不变，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　解析：波发生反射时，在同一种介质中传播，因此波长、 波速和频率都不发生变化；波发生折射时，频率不变，波速和波长均发生变化，B、C正确，A、D错误。 [练1] 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 C　解析：由d＝v·＋v·，可得山谷的宽度约为d＝425 m，C正确。 [练2] 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 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错误；波线1、3在两种不同的介质中，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由λ＝得波长改变，C错误，D正确。 探究点二___波的衍射 如图所示，图甲为声波能绕过障碍物到达后面的情境；图乙为军舰发出的探测超声波遇到水下潜艇的传播情境。 　 [问题设计] 衍射声波有什么特点？ 提示：衍射声波与原声波具有相同的频率，在传播过程中波形没变，只是传播范围进入了障碍物后面的“阴影”区域。 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．产生明显衍射现象的条件 只有当缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。 (1)障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，而是衍射现象是否明显的条件。一般情况下，波长较长的波容易产生明显的衍射现象。 (2)波传到孔或障碍物时，孔或障碍物仿佛是一个新的波源，由它发出的与原来同频率的波(称为子波)在孔或障碍物后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象。 (3)当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射现象十分明显，但由于衍射波的能量很弱，衍射现象也不容易观察到。 【例2】 如图所示，正中有一点O是水面上的波源，实、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷，A是挡板，B是小孔，经过一段时间，水面上的波形发生明显衍射的区域是(　　) A．阴影Ⅰ区域 B．阴影Ⅱ、Ⅲ区域 C．阴影Ⅰ、Ⅱ区域 D．无明显衍射区域 B　解析：水波在传播过程中遇到了小孔B，与水波波长相比，小孔B的尺寸比较小，所以能发生明显的衍射现象，水面上的波能明显进入阴影 Ⅱ、Ⅲ 区域；但与水波波长相比，A挡板的尺寸较大，不能发生明显的衍射现象，所以水面上的波分布于除阴影 Ⅰ 以外的区域，A、C、D错误，B正确。 [练3] (多选)如图所示，一个小型渔港的防波堤两端M、N相距约60 m，在防波堤后A、B两处有两个小船进港躲避风浪。某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播，下列说法正确的有(　　) A．假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处的小船基本上不受波浪影响 B．假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处的小船明显受到波浪影响 C．假设波浪的波长约为55 m，则A、B两处的小船基本上不受波浪影响 D．假设波浪的波长约为55 m，则A、B两处的小船明显受到波浪影响 AD　解析：当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长相差不多的时候，会发生明显的衍射现象，A、D正确。 探究点三___解决实际问题 [练4] (探究情境)在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况，图(一)是保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观察水波的传播情况变化；图(二)是保持狭缝的宽度不变，改变水波的波长，观察水波的传播情况变化。而且在图(二)的甲、乙、丙三幅照片中，水波的波长分别是狭缝宽度的、、，对比这三张照片观察衍射现象与波长、狭缝宽度的关系。该实验现象表明(　　) A．只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸比波长小，才能观察到明显的衍射现象 B．只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小，才能观察到明显的衍射现象 C．图(二)丙图可以得出，波长比狭缝小太多就不会发生衍射现象 D．图(一)甲图可以看出，狭缝宽度再增加就不会发生衍射现象 B　解析：由题图(一)可知，波长一定时，狭缝越窄衍射现象越明显；由题图(二)可知，狭缝一定时，波长越大衍射现象越明显，只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小，才能观察到明显的衍射现象，A错误，B正确；题图(二)丙图可以得出，波长比狭缝小太多同样会发生衍射现象，只是衍射现象不明显，C错误；题图(一)甲图可以看出，狭缝宽度再增加也会发生衍射现象，只是衍射现象不明显，D错误。 [练5] (生活情境)有一辆汽车以15 m/s的速度匀速行驶，在其正前方有一个陡峭山崖，汽车鸣笛2 s后司机听到回声，请问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，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A、C之间的距离为x2，C、B之间的距离为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。 [对应学生用书P85] 1．对于波长为100 m的声波，下列说法正确的是(　　) A．在空气中的频率比在水中大 B．在同一介质中，比波长为20 m的声波传播快 C．声波能发生折射，但折射后频率发生变化 D．声波能发生反射，反射后波速不变 D　解析：机械波的传播速度由介质决定，在同一介质中波速相同，B错误；波的频率由波源决定，与介质无关，A、C错误；声波反射后回到原来的介质，传播速度不变，D正确。 2．以下关于波的认识，不正确的是(　　) A．潜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隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的 C．超声雷达的工作原理是利用波的折射 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 C　解析：潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，利用了波的反射原理，A正确；在隐形飞机机身表面涂高效吸收电磁波的物质，或利用自身怪异的外形改变反射电磁波的方向，这样在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，使得隐形飞机很难被发现，B正确；超声雷达利用的是波的反射，C错误；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，D正确。 3．下列现象属于波的衍射现象的是(　　) A．在空旷的山谷里喊叫，可以听到回声 B．只闻其声，不见其人 C.余音绕梁，三日而不绝 D．夏日的雷声有时轰鸣不绝 B　解析：在空旷的山谷里喊叫，可以听到回声，这是声波的反射现象，A错误；“只闻其声，不见其人”，是声波的衍射现象，B正确；“余音绕梁，三日而不绝”，是声波的反射，C错误；雷声有时轰鸣不绝，也是声波的反射，D错误。 4．(多选)下列说法正确的是(　　) A．孔的尺寸比波长大得多时不会发生衍射现象 B．孔的尺寸比波长小时才能发生衍射现象 C．只有孔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 D．只有波才有衍射现象 CD　解析：波的衍射不需要条件，只有明显与不明显的区别，发生明显衍射的条件是孔或障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小，A、B错误，C正确；衍射现象是波特有的现象，D正确。 5．一列波在第一种均匀介质中的波长为λ1，在第二种均匀介质中的波长为λ2，且λ1＝3λ2，那么波在这两种介质中的频率之比和波速之比分别为(　　) A．3∶1，1∶1 B．1∶3，1∶4 C．1∶1，3∶1 D．1∶1，1∶3 C　解析：由于波的频率由波源决定，因此f1＝f2；已知λ1＝3λ2，由v＝λf可得＝＝，C正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$