3.3 波的反射、折射和衍射-【无畏物理】2024-2025学年高二物理同步学案（人教版2019选择性必修一）

高中物理 选择性必修一 第三章 机械波 3.3 波的反射、折射和衍射 波的反射 知识点一 1．反射现象：波遇到介质界面会返回来继续传播的现象． 2．反射角与入射角 (1)入射角：入射波的波线与法线的夹角，如图中的α. (2)反射角：反射波的波线与法线的夹角，如图中的β. 3．反射定律：反射波线、法线、入射波线在同一平面内，且反射角等于入射角． 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． 波的折射 知识点二 1．波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波传播的方向发生偏折的现象叫作波的折射． 2．一切波都会发生折射现象． (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)据v＝λf知，波长λ与波速和频率有关．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． 波的衍射 知识点三 1．定义：波可以穿过小孔或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．波传到小孔(或障碍物)时，小孔(或障碍物)仿佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波(称为子波)，在孔后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象．波的直线传播是衍射不明显时的近似情形． 3．一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象． 4.在狭缝宽度比波长大得多的情况下，波的传播如同光沿直线传播一样如图甲所示；随着波长的减小，衍射现象变得不明显。可以预料，当波长与狭缝宽度相比非常小时，水波将沿直线传播，观察不到衍射现象。 5.声波也能发生衍射。通常的声波波长在1.7cm-17m之间，与一般障碍物的尺寸差不多，所以声波能绕过一般的障碍物，使我们听到另一侧的声音，所以“闻其声而不见其人”。光也是一种波，光波的波长约在0.4-0.7µm的范围内，跟一般障碍物的尺寸相比非常小，所以通常的情况下看不到光的衍射，我们就说光沿直线传播。 (甲、乙、丙图狭缝宽度不变，波长分别是狭缝宽度的、、) 波的反射和折射 考点一 【例1.1】(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 【练习1.1】已知水波在浅水处传播速度比深水处小，则当一列水波由浅水处传向深水处时(　 　) A．频率变小，波长变大 B．波长变小，频率变大 C．频率不变，波长变大 D．频率不变，波长变小 【练习1.2】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 【练习1.3】一列声波从空气传入水中，已知水中声速较大，则(　 　) A．声波频率不变，波长变小 B．声波频率不变，波长变大 C．声波频率变小，波长变大 D．声波频率变大，波长不变 波的衍射 考点二 【例2.1】（多选）下列关于波的衍射的说法正确的是（ ） A．衍射是一切波特有的现象 B．对同一列波，缝、孔或障碍物越小衍射现象越明显 C．只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象 D．声波容易发生衍射现象是由于声波波长较大 【例2.2】(多选)一列波在传播过程中通过一个障碍物，发生了一定程度的衍射，哪种情况可以使衍射现象更明显( ) A．增大障碍物的尺寸 B．减小波的频率 C．缩小障碍物的尺寸 D．增大波的频率 【练习2.1】(多选)关于波的衍射现象，下列说法正确的是(　 　) A．当孔的尺寸比波长大时，一定不会发生衍射现象 B．只有孔的尺寸与波长相差不多时，或者比波长还小时才会观察到明显的衍射现象 C．只有波才有衍射现象 D．衍射是波特有的现象 【练习2.2】(多选)以下说法中正确的是(　 　) A．波要发生衍射现象必须具备一定的条件，否则不可能发生衍射现象 B．要观察到水波明显的衍射现象，必须使狭缝的宽度远大于水波波长 C．波长越长的波，越容易发生明显的衍射 D．只有波才有衍射现象 【例2.3】(多选)如图所示分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(A、B、C图)或障碍物(D，E图)，其中能发生明显衍射现象的有(　 　) 【例2.4】如图所示，O是水面上一波源，实线和虚线分别表示某时刻的波峰和波谷，A是挡板，B是小孔．若不考虑波的反射因素，则经过足够长的时间后，水面上的波将分布于( 　) A．整个区域 B．阴影Ⅰ以外区域 C．阴影Ⅱ以外区域 D．阴影Ⅱ和Ⅲ以外的区域 【练习2.3】(多选)如图所示是观察水面波衍射的实验装置，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)之间距离表示一个波长，则对于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是(　 　) A．此时能明显观察到波的衍射现象 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，能更明显地观察到衍射现象 【练习2.4】(多选)如图S为在水面上振动的波源，M、N为水面上的两块挡板，其中N板可以移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水没有振动．为使A处水也能发生振动，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使狭缝的距离增大 D．移动N使狭缝的距离减小 【练习2.5】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，男声比女声更响 B．声音变响，女声比男声更响 C．声音变弱，男声比女声更弱 D．声音变弱，女声比男声更弱　 课后巩固 1．【难度2】思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)入射波的波线与界面的夹角叫入射角． (×) (2)入射波的波长和反射波的波长相等． (√) (3)孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象． (×) (4)衍射是波的特有现象． (√) 2.【难度2】下列说法正确的是(　 　) A．入射波的波长和反射波的波长相等 B．入射波的波长大于折射波的波长 C．入射波的波长小于折射波的波长 D．入射角与折射角之比等于两波速之比 3.【难度2.5】(多选)声波从声源发出，在空中向外传播的过程中(　 　) A．波速不变　　　　 B．频率不变 C．振幅在逐渐变小 D．波长在逐渐变小 4.【难度2.5】(多选)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． 减小小孔尺寸 C． 增大水波频率 D．减小水波频率 5.【难度3】如图所示是利用发波水槽观察到的水波衍射图像，从图像可知(　 　) A．B侧波是衍射波 B．A侧波速与B侧波速相等 C．减小挡板间距离，衍射波的波长将减小 D．增大挡板间距离，衍射现象将更明显 6.【难度3】（多选）如图所示，S为波源，M、N为两块挡板，其中M板固定，N板可上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A点没有振动，为了使A点能发生振动，可采用的方法是（ ） A．增大波源的频率 B．减小波源的频率 C．移动N使狭缝的距离减小 D．移动N使狭缝的距离增大 1.【难度3】已知空气中的声速为340m/s。现有三种声波：①周期为1/20s，②频率为104Hz，③波长为10m，它们传播时若遇到宽约为13m的障碍物，能产生显著的衍射现象的是（ ） A．①和② B．②和③ C．①和③ D．都可以 2.【难度3】(多选)一列简谐横波，在t＝0.6 s时刻的图像如图甲所示，此时，P、Q两质点的位移均为－1 cm，波上A质点的振动图像如图乙所示，则以下说法正确的是(　 　) A．这列波的波速是 m/s B．从t＝0.6 s开始，紧接着的Δt＝0.6 s时间内， A质点通过的路程是10 m C．从t＝0.6 s开始，质点P比质点Q早0.4 s回到平衡位置 D．若该波在传播过程中遇到一个尺寸为21 m的障碍物不能发生明显的衍射现象 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 高中物理 选择性必修一 第三章 机械波 3.3 波的反射、折射和衍射 波的反射 知识点一 1．反射现象：波遇到介质界面会返回来继续传播的现象． 2．反射角与入射角 (1)入射角：入射波的波线与法线的夹角，如图中的α. (2)反射角：反射波的波线与法线的夹角，如图中的β. 3．反射定律：反射波线、法线、入射波线在同一平面内，且反射角等于入射角． 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． 波的折射 知识点二 1．波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波传播的方向发生偏折的现象叫作波的折射． 2．一切波都会发生折射现象． (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)据v＝λf知，波长λ与波速和频率有关．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． 波的衍射 知识点三 1．定义：波可以穿过小孔或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．波传到小孔(或障碍物)时，小孔(或障碍物)仿佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波(称为子波)，在孔后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象．波的直线传播是衍射不明显时的近似情形． 3．一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象． 4.在狭缝宽度比波长大得多的情况下，波的传播如同光沿直线传播一样如图甲所示；随着波长的减小，衍射现象变得不明显。可以预料，当波长与狭缝宽度相比非常小时，水波将沿直线传播，观察不到衍射现象。 5.声波也能发生衍射。通常的声波波长在1.7cm-17m之间，与一般障碍物的尺寸差不多，所以声波能绕过一般的障碍物，使我们听到另一侧的声音，所以“闻其声而不见其人”。光也是一种波，光波的波长约在0.4-0.7µm的范围内，跟一般障碍物的尺寸相比非常小，所以通常的情况下看不到光的衍射，我们就说光沿直线传播。 (甲、乙、丙图狭缝宽度不变，波长分别是狭缝宽度的、、) 波的反射和折射 考点一 【例1.1】(多选)下列说法正确的是(　BC　) 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 [解析：波发生反射时因介质未变，故频率、波长、波速均不变；波发生折射时因波源不变而介质变，故频率不变，波长和波速均发生变化] 【练习1.1】已知水波在浅水处传播速度比深水处小，则当一列水波由浅水处传向深水处时(　C　) A．频率变小，波长变大 B．波长变小，频率变大 C．频率不变，波长变大 D．频率不变，波长变小 [解析：波的频率由波源决定。不同频率的波种类不同。比如红光波长长、紫光波长短。因为波速变大，根据可得，波长变大。] 【练习1.2】图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则(　D　) 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：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，A、B错；折射波的波长、波速与入射波都不等，但频率相等，C错D对] 【练习1.3】一列声波从空气传入水中，已知水中声速较大，则(　B　) A．声波频率不变，波长变小 B．声波频率不变，波长变大 C．声波频率变小，波长变大 D．声波频率变大，波长不变 [解析；声波由空气传入水中，频率不变，波速变大，所以波长变大，选项B正确．] 波的衍射 考点二 【例2.1】（多选）下列关于波的衍射的说法正确的是（ ABD ） A．衍射是一切波特有的现象 B．对同一列波，缝、孔或障碍物越小衍射现象越明显 C．只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象 D．声波容易发生衍射现象是由于声波波长较大 [解析：衍射是一切波特有的现象，不仅是机械波，A对C错；对同一列波，缝、孔的宽度越小，障碍物越小衍射现象越明显，B对] 【例2.2】(多选)一列波在传播过程中通过一个障碍物，发生了一定程度的衍射，哪种情况可以使衍射现象更明显( BC ) A．增大障碍物的尺寸 B．减小波的频率 C．缩小障碍物的尺寸 D．增大波的频率 [解析：波在介质中传播时波速是由介质决定的，与波的频率无关，所以改变波的频率不会改变波速，但由v＝λf可知，当波速一定时，减小频率则波长增大．而发生明显衍射的条件是障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多，要使衍射现象变得明显，可以通过缩小障碍物的尺寸，同时增大波长即减小波的频率来实现] 【练习2.1】(多选)关于波的衍射现象，下列说法正确的是(　BCD　) A．当孔的尺寸比波长大时，一定不会发生衍射现象 B．只有孔的尺寸与波长相差不多时，或者比波长还小时才会观察到明显的衍射现象 C．只有波才有衍射现象 D．衍射是波特有的现象 [解析：当孔的尺寸比波长大时，会发生衍射现象，只不过不明显．只有当孔、缝或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才会发生明显的衍射现象，切不可把此条件用来判断波是否发生了衍射现象．] 【练习2.2】(多选)以下说法中正确的是(　CD　) A．波要发生衍射现象必须具备一定的条件，否则不可能发生衍射现象 B．要观察到水波明显的衍射现象，必须使狭缝的宽度远大于水波波长 C．波长越长的波，越容易发生明显的衍射 D．只有波才有衍射现象 　[解析：衍射是波特有的现象，即任何波都会发生衍射现象，只不过存在明显与不明显的差别而已，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．] 【例2.3】(多选)如图所示分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(A、B、C图)或障碍物(D，E图)，其中能发生明显衍射现象的有(　BCE　) [解析：B、C孔尺寸比A孔小而且B孔与该波的波长相差不多，所以B、C图能发生更加明显的衍射，A错B、C对；E中障碍物尺寸比D中的障碍物小而且与该波的波长相差不多，所以E图能发生更明显的衍射，D错E对] 【例2.4】如图所示，O是水面上一波源，实线和虚线分别表示某时刻的波峰和波谷，A是挡板，B是小孔．若不考虑波的反射因素，则经过足够长的时间后，水面上的波将分布于(　B　) A．整个区域 B．阴影Ⅰ以外区域 C．阴影Ⅱ以外区域 D．阴影Ⅱ和Ⅲ以外的区域 [解析：一列水波在传播过程中遇到了小孔B，相比而言小孔B的尺寸比较小，所以能发生明显的衍射，但A挡板的尺寸较大，所以不能发生明显衍射现象，所以水面上的波分布于除阴影Ⅰ以外的区域．] 【练习2.3】(多选)如图所示是观察水面波衍射的实验装置，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)之间距离表示一个波长，则对于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是(　ABC　) A．此时能明显观察到波的衍射现象 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，能更明显地观察到衍射现象 [解析：孔的大小与波长相差不多，故能够发生明显的衍射现象；由于在同一均匀介质中，波的传播速度没有变化，又因为波的频率是一定的，又根据λ＝可得波长λ没有变化；当将孔扩大后，孔的宽度和波长有可能不满足发生明显衍射的条件；如果孔的大小不变，使波源频率增大，则波长减小，孔的宽度将比波长大，孔的宽度和波长有可能不满足发生明显衍射现象的条件．] 【练习2.4】(多选)如图S为在水面上振动的波源，M、N为水面上的两块挡板，其中N板可以移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水没有振动．为使A处水也能发生振动，可采用的方法是( BD　) A．使波源的频率增大 B．使波源的频率减小 C．移动N使狭缝的距离增大 D．移动N使狭缝的距离减小 [解析：要使A处水发生振动，应使波的衍射现象更明显，而波能发生明显衍射的条件是狭缝的宽度跟波长相差不多或者比波长更小．因此可将狭缝变小，或将波长变大，而减小波源的频率可以使波长变大] 【练习2.5】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（ D ） A．声音变响，男声比女声更响 B．声音变响，女声比男声更响 C．声音变弱，男声比女声更弱 D．声音变弱，女声比男声更弱　 [解析：走到墙后B点能听到声音是因为声音的衍射，但衍射后的声波强度变弱。男声频率较低，波长要大于女声的波长，波长更接近障碍物尺寸，更容易发生衍射。] 课后巩固 1．【难度2】思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)入射波的波线与界面的夹角叫入射角． (×) (2)入射波的波长和反射波的波长相等． (√) (3)孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象． (×) (4)衍射是波的特有现象． (√) 2.【难度2】下列说法正确的是(　A　) A．入射波的波长和反射波的波长相等 B．入射波的波长大于折射波的波长 C．入射波的波长小于折射波的波长 D．入射角与折射角之比等于两波速之比 　[解析：在同一介质中波长、波速是一定的；介质不确定时，入射波和折射波的波长大小关系无法确定；入射角的正弦与折射角的正弦之比，才等于两介质中的波速之比] 3.【难度2.5】(多选)声波从声源发出，在空中向外传播的过程中(　ABC　) A．波速不变　　　　 B．频率不变 C．振幅在逐渐变小 D．波长在逐渐变小 [解析：声波在空中向外传播时，不管是否遇到障碍物引起反射，其波速只由空气决定．频率(由声源决定)和波长λ＝均不变；又因为机械波是传递能量的方式，能量在传播过程中会减小，故其振幅也就逐渐变小，C对．] 4.【难度2.5】(多选)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(　BD　) A． 增大小孔尺寸 B． 减小小孔尺寸 C． 增大水波频率 D．减小水波频率 [解析：波在介质中传播时波速是由介质决定的，与波的频率无关，所以改变波的频率不会改变波速，但由v=λf可知，当波速一定时，减小频率则波长增大，而发生明显衍射的条件是障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多，所以缩小障碍物的尺寸，同时减小波的频率会使衍射现象更加明显，B、D对] 5.【难度3】如图所示是利用发波水槽观察到的水波衍射图像，从图像可知(　B　) A．B侧波是衍射波 B．A侧波速与B侧波速相等 C．减小挡板间距离，衍射波的波长将减小 D．增大挡板间距离，衍射现象将更明显 [解析：小孔相当于衍射波的波源，A侧波是衍射波，A错误；在同一种介质中，波速相等，故B正确；根据波速、波长和频率的关系式v＝λf，由于波速和频率不变，故波长不变，故C错误；在波长无法改变的情况下减小挡板间距会使衍射现象更明显，故D错误．] 6.【难度3】（多选）如图所示，S为波源，M、N为两块挡板，其中M板固定，N板可上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A点没有振动，为了使A点能发生振动，可采用的方法是（ BC ） A．增大波源的频率 B．减小波源的频率 C．移动N使狭缝的距离减小 D．移动N使狭缝的距离增大 [解析：要使A点发生振动，即在狭缝处要产生明显的衍射，因此可增大波长或减小狭缝宽度，由v=λf得可减小波源频率，B、C对] 1.【难度3】已知空气中的声速为340m/s。现有三种声波：①周期为1/20s，②频率为104Hz，③波长为10m，它们传播时若遇到宽约为13m的障碍物，能产生显著的衍射现象的是（ C ） A．①和② B．②和③ C．①和③ D．都可以 [解析：根据λ＝计算出=17m，=0.034m，=10m。①和③波长与障碍物尺寸差不多，因此可以发生明显衍射。] 2.【难度3】(多选)一列简谐横波，在t＝0.6 s时刻的图像如图甲所示，此时，P、Q两质点的位移均为－1 cm，波上A质点的振动图像如图乙所示，则以下说法正确的是(　AC　) A．这列波的波速是 m/s B．从t＝0.6 s开始，紧接着的Δt＝0.6 s时间内， A质点通过的路程是10 m C．从t＝0.6 s开始，质点P比质点Q早0.4 s回到平衡位置 D．若该波在传播过程中遇到一个尺寸为21 m的障碍物不能发生明显的衍射现象 [解析：由甲可知波长为λ＝20 m，由乙知周期为T＝1.2 s，则波速为v＝＝ m/s；Δt＝0.6 s＝0.5T，A质点通过的路程是s＝2A＝2×2 cm＝4 cm；图示时刻质点P沿y轴正方向运动，质点Q沿y轴负方向运动，所以质点P将比质点Q早回到平衡位置，将此图像与正弦曲线进行对比可知P点的横坐标为xP＝ m，Q点的横坐标为xQ＝ m，根据波形的微平移法可知质点P比质点Q早回到平衡位置的时间为t＝＝0.4 s；该波的波长为20 m，在传播过程中遇到一个尺寸为21 m的障碍物，能发生明显衍射现象．] 1 学科网（北京）股份有限公司 $$