3 波的反射、折射和衍射-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修1同步导学案配套PPT课件（人教版，单选）

3　波的反射、折射和衍射 第三章　机械波 [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(难点)。2.知道波的衍射现象和波发生明显衍射现象的条件(重点)。 课时作业 巩固提升 要点1　波的反射、折射现象 要点2　波的衍射 内容索引 要点1　波的反射、折射现象 一 4 1．波的反射 (1)反射：水波遇到挡板时，会________原来的介质中继续传播。 (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______入射角 (如图甲所示) 。 梳理 必备知识 自主学习 返回 等于 2．波的折射 (1)折射：水波从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生________(如图乙所示)。 (2)规律：__________都会发生折射现象。 改变 一切波 [思考与讨论] (1)水波发生反射时，频率和波长改变吗？ (2)水波在深度不同的水域传播时，水波的传播方向在交界面处发生改变，即会发生折射现象。水波发生折射时，频率和波长改变吗？ 1．波的反射和折射的比较 归纳 关键能力 合作探究 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 2.说明 (1)频率(f)由波源决定：无论是反射波还是折射波都与入射波的频率相等，即与波源的振动频率相同。 (2)波速(v)由介质决定：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v和频率f有关：根据v＝λf知，反射波与入射波频率相同、波速相同，故波长相同，折射波与入射波在不同介质中传播，频率相同，波速不同，故波长不同。 [例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。  (1)由f=,得f= Hz=340 Hz, 因波的频率不变,则在海水中的波速为v海=λ'f=4.5×340 m/s=1 530 m/s。 340 1 530 (2)若物体在海面上发出的声音经过0.5 s听到回声,则海水深为多少? [答案]　(2)382.5 m　 (2)入射声波和反射声波用时相同,则海水深为 h=v海·=1 530× m=382.5 m。 (3)若物体以5 m/s的速度由海面向海底运动,则经过多长时间听到回声? [答案]　(3)0.498 s (3)物体与声音运动的过程示意图如图所示,设听到回声的时间为t',则v物t'+v海t'=2h, 代入数据解得t'=0.498 s。 方法总结 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)·。 [例2]　甲、乙两人平行站在一堵墙前面,两人相距2a,距离墙均为a。当甲开了一枪后,乙在时间t后听到第一声枪响,则乙听到第二声枪响的时间为(　　) A.听不到 B.甲开枪3t后 C.甲开枪2t后 D.甲开枪t后 C 乙听到的第一声枪响必然是甲开枪的声音直接传到乙的耳中,故t=。甲、乙两人及墙的位置如图所示,乙听到第二声枪响必然是墙反射的枪声,由反射定律可知,波线如图中AC和CB所示, 由几何关系得AC=CB=2a,故第二声枪响传到乙的耳中的时间为t'===2t,故C正确。 [针对训练]　1.随着我国经济的快速增长,旅游事业迅速发展,其中回归大自然的滨海游、生态游等休闲度假游,备受人们的喜爱。如图所示,一艘汽船以4 m/s 的速度在无风河面上航行,船上发出一声鸣笛,旅客在3 s后听到前方悬崖反射回来的声音,则悬崖与汽船原来位置的距离为(已知声速为340 m/s)(　　) A.258 m　　　　　　　　 B.340 m C.516 m D.680 m C 如图所示,汽船发出鸣笛声在B处,旅客听到回声位置在A处,即3 s内汽船前进了A、B间距离l,则声波经过2s-l的距离。v声t=2s-l=2s-v船t,得s== m=516 m,C项正确。 2.人在室内讲话的声音比在空旷的室外讲话声音要洪亮,是因为(　　) A.室内空气不流动 B.室内声音多次被反射 C.室内声音发生折射 D.室内物体会吸收声音 B 在室内说话,说话的声音传到墙壁上又反射回来,时间差太短,我们不能分辨出回声与原声,我们听到的是回声与原声的混合,因此我们听到的声音响亮,在空旷的场合说话,声音传播出去,周围没有高大的建筑物,声音不能反射回来,我们听到的只是原声,因此听起来就没有室内响亮。综上分析,A、C、D错误,B正确。 二 要点2　波的衍射 21 1．定义：波________________继续传播的现象叫作波的衍射。 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______________，或者比波长____________时，才能观察到明显的衍射现象。 3．一切波都能发生________，________是波特有的现象。 梳理 必备知识 自主学习 绕过障碍物 相差不多 更小 衍射 衍射 [思考与讨论] 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，会观察到什么现象？ 提示：(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”。 (2)减小小孔尺寸，观察到的现象如图所示，有什么变化？ 提示：(2)小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显。 (3)保持缝的宽度不变，改变水波的波长，观察到如图所示的现象，这说明什么？ 提示：(3)狭缝宽度与波长相差不多时，衍射现象明显。 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．波的衍射的实质分析：波传到小孔(或障碍物)时，小孔(或障碍物)处仿佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波在孔后传播，于是，就出现了偏离直线传播的衍射现象。 归纳 关键能力 合作探究 3．发生明显衍射的条件：孔、缝的宽度或障碍物的尺寸比波长小或与波长相差不多。 (1)忽略能量的因素，波长越长衍射越明显，障碍物的尺寸或孔、缝的宽度越小衍射越明显。 (2)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。 [例3]　如图所示,O是水面上一波源,实线和虚线分别表示该时刻的波峰和波谷,A是挡板,B是小孔,经过一段时间,水面上的波形将分布于(　　) A.整个区域 B.阴影Ⅰ以外区域 C.阴影Ⅱ以外区域 D.没有阴影的区域 B 由题图可直观看出,半波长为实虚两圆半径之差,且可看出挡板A的尺寸比波长大得多,而小孔B宽度比波长小。根据波发生明显衍射的条件知,该波在挡板A处的衍射现象很不明显,即可认为波沿直线传播,故Ⅰ区内水面无波形,该波能在B处发生明显的衍射,故在阴影Ⅱ、Ⅲ区域之内明显存在衍射波的波形,故选项B正确,A、C、D错误。 方法总结 1.水波遇到障碍物的情况:当障碍物较小时发现波绕过障碍物继续前进,如同障碍物不存在一样。如图甲所示,衍射现象明显。 2.水波遇到小孔的情况:当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形波。如图乙所示,衍射现象明显。 [例4]　如图所示,S为水面上一波源,M、N是两块挡板,两板中间有一狭缝,此时观察不到A点的振动,为了能观察到A点的振动,可采用的方法是(　　) A.增大波源的振幅 B.减小波源的频率 C.将波源S稍向左移 D.将N板向右移 B 观察不到A点振动,说明衍射现象不明显,要使衍射现象变得明显,可以减小波源的频率以增大波长,或将N板向左移以减小狭缝的尺寸,故B正确。 [针对训练]　3.如图所示,一小型渔港的防波堤两端M、N相距约60 m,在防波堤后A、B两处有两艘小船进港躲避风浪。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,下列说法中正确的有(　　) A.假设波浪的波长约为10 m,则A、B两处小船完全 不受波浪影响 B.假设波浪的波长约为10 m,则A、B两处小船明显 受到波浪影响 C.假设波浪的波长约为60 m,则A、B两处小船基本上不受波浪影响 D.假设波浪的波长约为60 m,则A、B两处小船明显受到波浪影响 D 当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长相差不多时才能发生明显的衍射现象,波浪的波长约为10 m时,不能发生明显的衍射现象,则A、B两处小船基本上不受波浪影响,A、B错误;波浪的波长约为60 m时,能发生明显的衍射现象,则A、B两处小船明显受到波浪影响,C错误,D正确。 4.已知空气中的声速为340 m/s,现有周期为 s和频率为1×104 Hz的两种声波,当它们传播时若遇到宽度约为13 m的障碍物,哪种声波发生的衍射现象较明显? 答案:周期为 s的声波 由公式v=得,周期为 s的声波的波长λ1=vT=340× m=17 m,由公式v=λf得,频率为1×104 Hz的声波的波长λ2== m=0.034 m。 因为障碍物的宽度约为13 m,所以周期为 s的声波的衍射现象较明显。 三 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [A组　基础巩固练] 1.关于波的认识,下列说法不正确的是(　　) A.潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况,利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 13 14 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;隐形飞机隐形的原理是通过降低飞机的声、光、电等可探测特征量,使雷达等防空探测器无法发现,可在隐形飞机机身表面涂高效吸收电磁波的物质,或使用吸收雷达电磁波的材料,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;超声雷达发射超声波,然后根据被障碍物反射回的波判断状况,即利用的是波的反射,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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 2.下列现象中属于波的衍射的是(　　) A.敲响一音叉,另一个完全相同的音叉也响了起来 B.挂在同一水平绳上的几个单摆,当一个振动后,另外几个也跟着一起振动起来 C.打雷时听见空中雷声会轰鸣一段时间 D.水波向前传播时,遇到突出水面的小树枝不受影响地继续向前传播 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 13 14 敲响一个音叉,另一个完全相同的音叉也响起来,这种现象是共振现象,故A错误;挂在同一水平绳上的几个单摆,当一个振动后,另外几个也跟着一起振动,这种现象是受迫振动,故B错误;打雷时,经常听到雷声轰鸣不绝,这是雷声经过多次反射的缘故,故C错误;水波向前传播时,遇到突出水面的小树枝不受影响地继续向前传播,属于波的衍射现象,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 3.下列说法正确的是(　　) A.横波能发生折射,纵波不能发生折射 B.只有机械波能发生折射 C.轮船上的人与此轮船附近的潜水员保持相对静止,“听”到远处同一头白鲸叫声的频率相同 D.发生折射时,波的传播方向一定会发生改变 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 13 14 一切波都能发生折射,故A、B错误;波在传播过程中,无论经过何种变化,其频率不变,则轮船上的人与此轮船附近的潜水员保持相对静止,“听”到远处同一头白鲸叫声的频率相同,故C正确;波垂直界面入射发生折射时,波的传播方向不会发生改变,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 4.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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 13 14 小孔是衍射波的波源,故A侧波是衍射波,故A错误;在同一种介质中,机械波的波速相等,故B正确;波速不变,增大水波波源的频率,水波的波长将减小,而挡板间距离与原波长相差不多且不变,所以衍射现象将没有原来的明显,故C错误;在波长没改变的情况下,增大挡板间距离,衍射现象将没有原来的明显,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 5.对于波长为100 m的声波,下列说法正确的是(　　) A.在同一介质中,比波长为20 m的声波传播快 B.在空气中的频率比在水中大 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,但反射后波速不变 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 13 14 机械波的传播速度由介质决定,在同一种介质中,波速相等;波的频率由波源决定,与介质无关;折射后,波进入另一种介质,传播速度发生变化,反射后回到原来的介质,传播速度不变,故D选项正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 6.在山中伐木时发出的声音既含有频率较高的声波,也含有频率较低的声波,其中只有频率较低的“嘭”“嘭”声才能被远处的人听到,这是因为(　　) A.频率较低的“嘭”“嘭”声能量大,能传到很远 B.频率较低的“嘭”“嘭”声速度快,最先到达 C.频率较低的“嘭”“嘭”声波长较长,容易发生衍射 D.以上说法均不对 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 13 14 机械波的能量是由振幅决定的,声波在空气中的传播速度都相同,故A、B错误;由v=λf知,v一定,f小则λ大,故频率较低的声波波长较长,易发生衍射,能在较远处听到,故C正确,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 7.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0.3 s听到右边山坡反射回来的声音,又经过1.6 s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.221 m　　　　　　　　　　 B.442 m C.374 m D.646 m 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 13 14 向右传播的声波从发出到反射回来所用时间为t1=0.3 s,向左传播的声波从发出到反射回来所用的时间为t2=1.9 s。山谷的宽度s=v(t1+t2)=×340×2.2 m=374 m,故C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 [B组　综合强化练] 8.在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN,墙的一侧O点有一个正在播放男女声合唱歌曲的声源。某人从图中A点走到墙后的B点,在此过程中,如果从声波的衍射来考虑,则会听到(　　) A.声音变响,男声比女声变响得明显 B.声音变响,女声比男声变响得明显 C.声音变弱,男声比女声变弱得明显 D.声音变弱,女声比男声变弱得明显 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 13 14 从声波的衍射来考虑,从A点走到墙后的B点,会听到声音变弱。由于女声比男声音调高,频率高,波长短,所以衍射更不明显,会听到女声比男声变弱得明显。故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 9.如图,P为桥墩,A为靠近桥墩浮在水面的叶片,波源S连续振动,形成水波,此时叶片A静止不动,为使水波能带动叶片振动,可用的方法是(　　) A.增大波源振幅 B.减小波源振幅 C.减小波源距桥墩的距离 D.降低波源频率 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 13 14 为使水波能带动叶片振动,则使水波在桥墩发生衍射,则需要增加水波的波长,即增加波源的周期,或降低波源的频率。能否发生衍射与波源的振幅无关,与波源距桥墩的距离也无关。故选D。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 13 14 10.在水槽中放置两块挡板,中间留一个狭缝,观察到水波通过狭缝后的传播现象如图所示。现适当减小狭缝宽度,则(　　) A.水波波长变长 B.水波振幅变大 C.水波波速变小 D.衍射现象更明显 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 13 14 适当减小狭缝宽度,水波通过狭缝后,波速与频率不变,根据λ=知波长不变,A、C错误;波源不变,适当减小狭缝宽度,则波面最前方起振的点减少,能量减少,水波振幅减小,B错误;波发生明显的衍射现象的条件是:当孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相差不多或比波长更小,波长不变,适当减小狭缝宽度,衍射现象更明显,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 11.在水波槽的衍射实验中,击打水面的振子振动频率是10 Hz,水波在槽中的传播速度为0.5 m/s。为能观察到最明显的衍射现象,小孔的宽度可以为(　　) A.0.15 m　　　　　　　 B.0.05 m C.0.5 m D.5 m 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 13 14 根据v=λf,有λ===0.05 m,只有当缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或者比波长更小时,才能够观察到明显的衍射现象,所以只有0.05 m符合要求,故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 12.小明和小刚每天上学途中都要经过一座铁桥,学习了波的知识之后,小明和小刚想到了一个测量桥长的方法,一人在铁桥的一端用锤子敲击一下,另一人在铁桥的另一端听传来的声音,结果发现经空气和铁桥,声音传到另一端的时间差为2 s(声波在空气中传播速度v=340 m/s,在钢铁中的传播速度为4 900 m/s),则桥长大约为(　　) A.680 m B.9 800 m C.730.7 m D.无法计算 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 13 14 由题意可知-=2 s,解得l≈730.7 m,C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13.一列声波在介质Ⅰ中的波长为0.2 m。当该声波从介质Ⅰ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中的声速是340 m/s。 (1)求该声波在介质Ⅱ中传播时的频率; 答案:(1)1 700 Hz　 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (1)声波在介质Ⅰ中传播时,由v=λf得 f== Hz=1 700 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1 700 Hz。 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (2)求该声波在介质Ⅱ中传播的速度; 答案: (2)1 020 m/s　 (2)由v=λf得声波在介质Ⅱ中的传播速度为v2=λ2f=0.6×1 700 m/s= 1 020 m/s。 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (3)若另一种声波在介质Ⅱ中的传播速度为1 400 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。 答案: (3)1∶1 (3)同一种声波由介质Ⅰ到介质Ⅱ的过程中,频率不变,故该声波从介质Ⅰ进入介质Ⅱ时,其频率之比为1∶1。 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [C组　培优选做练] 14.甲、乙两人分乘两只小船在湖中钓鱼,两船相距24 m。有一列水波在湖面上传播,使每只船每分钟上下浮动20次,当甲船位于波峰时,乙船位于波谷,这时两船之间还有5个波峰。 (1)此水波的波长为多少?波速为多少? 答案:(1) m　 m/s　 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (1)由题意知,周期T= s=3 s 设波长为λ 则5λ+=24 m,λ= m 由v=得,v= m/s。 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (2)若此波在传播过程中遇到一根竖直的电线杆,是否会发生明显的衍射现象? 答案: (2)会　 (2)由于λ= m,大于竖直电线杆的直径,所以此波通过竖直的电线杆时会发生明显的衍射现象。 13 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (3)若该波经过一跨度为30 m的桥洞,桥墩直径为3 m,桥墩处能否看到明显衍射? 答案: (3)能　 (4)若该桥为一3 m宽的涵洞,洞后能否发生明显衍射? 答案: (4)能 (3)(4)由于λ= m>3 m,所以此波无论是通过直径为3 m的桥墩,还是通过宽为3 m的涵洞,都能发生明显衍射现象。 13 14 提示：(1)水波发生反射时，介质中各质点均在波源的带动下做受迫振动，介质中各质点的频率均等于波源的频率，故水波发生反射时，频率不变；而同一介质中波速不变，根据λ＝，则波长也不变。 提示：(2)波的频率由波源决定(受迫振动)，故水波发生折射时，频率不变；波速由介质决定，故水波发生折射时，波速改变，根据λ＝，波长改变。 $$