3.3 波的反射、折射和衍射 导学案-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第3章 机械波 第三节 波的反射、折射和衍射 【重点难点】 1．知道波的传播到两种介质交界面时发生的反射和反射规律。 2．了解波的折射现象。 3．知道波的衍射现象和波发生明显衍射现象的条件，知道衍射是波特有的现象。 【知识梳理】 一、波的反射 1、定义： 波在传播过程中，当遇到障碍物或两种介质的分界面时，会返回到原来的介质中继续传播，这种现象称为波的反射。 2、 反射定律： 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，且反射角（β）等于入射角（α）。 如下图所示：α=β 3、 特性: 反射波的频率、波速和波长都与入射波相同，即反射波的传播特性与入射波保持一致。但需要注意的是，由于反射面会吸收一部分能量，因此反射波传播的能量相较于入射波会有所减少。 【思考】波的反射在生活中的应用实例有哪些？ 1）回声测距‌：利用声波遇到障碍物会反射回来的特性，通过测量声波往返时间来计算声源与障碍物之间的距离。这在航海、渔业等领域有广泛应用‌。 2）‌超声波定位‌：蝙蝠、海豚等生物以及雷达系统利用超声波的反射来定位或测速，实现精准导航和目标探测‌。 3）‌桩基检测‌：在工程领域，低应变反射波法用于桩基检测，通过分析反射波的曲线特征来判断桩身的完整性及缺陷类型，确保工程质量。 ‌ 二、波的折射 1、定义：波的折射是指波在传播过程中从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生偏折的现象。 注意： 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，波的频率是不变的。 ． 2）一切波都会发生折射现象。 【思考】现实生活中的波的折射现象的例子有哪些？ 1）‌光的折射‌：当光线从一种介质进入另一种介质时，光线的传播方向会发生偏折。例如，当我们从游泳池的侧面看水中的物体时，看到的物体位置会比实际位置高，这是因为光线从水进入空气时发生了折射。 2）‌声音的折射‌：声音在传播过程中也会发生折射。例如，在山谷中，声音的传播方向会因为地形和障碍物的不同而发生偏折，导致回声的出现。 3）‌地震波的折射‌：地震波在传播过程中遇到不同密度的地层时，也会发生折射。折射波会使地震波沿着地层滑行，并引起地面的振动。 三、波的衍射 【思考】在水塘里，微风激起的水波遇到小石头、芦苇等障碍物时是怎么传播的？ 如图： 1．定义：波绕过障碍物继续传播的现象。 2．实验及现象 (1)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，挡板后面产生一个 直线传播区域。 ②狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时，波绕过挡板后面继续传播。 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。 注意： 一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象。 【课后练习】 1、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 2、对于波的折射现象，下列说法正确的是（　　） A．当入射速度小于折射速度时，折射方向偏离法线 B．当波垂直界面入射时，传播方向不改变，波速和波长都不改变 C．在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变 D．波发生折射时一定不会发生反射现象 3、水波通过小孔，发生了一定程度的衍射，为使衍射现象更明显，下列做法可取的是(　　) A．增大小孔尺寸　　 　B．增大小孔尺寸 C．增大水波频率 D．减小水波频率 4、如图所示，在水槽中放两块挡板，挡板中间留一个狭缝，观察水波经过狭缝后的传播情况。已知水波的波长不变，但狭缝的宽度不同，甲图狭缝较宽，乙图狭缝较窄。下列说法正确的是（　　） A．机械波经过狭缝后均沿直线传播 B．甲图狭缝宽度比波长大得较多，衍射现象比较明显 C．乙图狭缝宽度跟波长相差不大，衍射现象比较明显 D．甲、乙两图中波的衍射现象均不明显 5、小河中有一个实心桥墩P，A为靠近桥墩浮在平静水面上的一片树叶，俯视如图所示。现在S处以某一频率拍打水面，使形成的水波能带动树叶A明显振动起来，可以采用的方法是（　　） A．以较低的频率拍打水面 B．以较高的频率拍打水面 C．只要拍打，A就会明显振动 D．无论怎样拍打，A都不会明显振动 6、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，下列描述中正确的是（　　） A．此时不能观察到波明显的衍射现象 B．挡板前后波纹间距离不相等 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 7、如图所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60m，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，下列说法正确的是（　　） A．假设波浪的波长约为70m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响 B．假设波浪的波长约为10m，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55m，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55m，则A、B两处小船明显受到波浪影响 8、甲、乙两人分乘两只小船在湖中钓鱼，两船相距24m。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？ (2)若此波在传播过程中遇到一根竖立的电线杆，是否会发生明显的衍射现象？ (3)若该波经过一跨度为30m的桥洞，桥墩直径为3m，桥墩处能否看到明显衍射？ (4)若该桥为一3m宽的涵洞，洞后能否发生明显衍射？ 1 1 学科网（北京）股份有限公司 $$