3.波的反射、折射和衍射-【金版教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册创新导学案全书Word（人教版2019）

物理　选择性必修 第一册 RJ 3．波的反射、折射和衍射 1．了解波的反射、折射现象。2.知道波的衍射现象和波产生明显衍射现象的条件，知道衍射是波特有的现象。 任务　波的反射和折射 对着远处的峭壁大喊一声会听到回声，这是为什么？对比初中学过的光的有关知识，猜测波还会产生什么现象？ 提示：声波在峭壁上发生反射；猜测波还会发生折射。 1．波的反射 (1)定义：波传播过程中遇到介质界面(如水波遇到挡板)会返回到原介质中继续传播的现象。 (2)入射线与反射线 ①入射线：代表波的入射方向的一条射线。 ②反射线：代表波的反射方向的一条射线。 (3)波的反射规律：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，反射角等于入射角。 注：与光线类似，波线也是一种物理模型，是为了研究问题方便而提出的，实际并不存在。 2．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)折射线：代表波的折射方向的一条射线。 思考1：波发生反射时，波的频率、波长、波速发生变化吗？波发生折射时呢？ 提示：波发生反射时，频率不变，因为介质不变，所以波速不变，可知波长也不变。波发生折射时，频率不变，因为介质发生改变，所以波速改变，可知波长也发生改变。 思考2：波在发生折射的过程中，传播方向一定发生改变吗？ 提示：不一定。当垂直交界面入射时，传播方向不发生变化。 (多选)以下关于波的认识，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．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 [解析]　潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，雷达的工作原理，都是利用了波的反射原理，故A、B正确，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，故D正确。 [答案]　ABD 声音在空气中的速度约340 m/s，当声音遇到障碍物时会被反射回来，如果回声到达人耳比原声晚0.1 s以上，人耳就能听到回声。某人离墙壁20 m，若他对着墙壁说话，他________听到回声。(填“能”或“不能”) [解析]　若他对着墙壁说话，回声到达人耳的时间t＝＝ s≈0.12 s>0.1 s，故能听到回声。 [答案]　能 任务　波的衍射 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。保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，如图所示，可以得出什么结论？ 提示：如图a，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，在挡板后面产生“阴影区”；如图b，在狭缝宽度与波长相差不多或者狭缝宽度比波长更小的情况下，水波可以绕到挡板后面继续传播。 1．波的衍射的定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象。 注：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。 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。 3．波的衍射的普遍性：一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象。 注：(1)衍射只有“明显”与“不明显”之分，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况。(2)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。 判一判 (1)只有当障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时，才会发生衍射现象。(　　) (2)当小孔大小一定时，波的频率越大，衍射现象越明显。(　　) 提示：(1)×　(2)× 如图所示，O是水面上一波源，实、虚线分别表示该时刻相邻的波峰、波谷组成的波面，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、Ⅲ以外区域 D．上述选项均不对 [解析]　从图中可以看出挡板A的尺寸比该波的波长大得多，因此波不会绕过挡板A，而小孔B的大小与该波的波长相差不多，能发生明显的衍射现象，故波能够传播到阴影Ⅰ以外的区域，B正确。 [答案]　B 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 [解析]　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。 [答案]　C 课后课时作业 知识点一　波的反射和折射 1．(多选)关于波的反射和折射，下列说法正确的是(　　) A．在空旷的山谷里叫喊，可以听到回音，这是声波的反射现象 B．地震波在向上传播的过程中，传播速度发生了改变，则同时发生了折射 C．波的传播方向发生了改变，一定是发生了折射 D．波的传播方向发生了改变，一定是发生了反射 答案：AB 解析：在空旷的山谷里叫喊，可以听到回音，这是声波的反射现象，A正确；地震波在向上传播的过程中，传播速度发生了改变，则传播的介质发生了变化，一定同时伴随波的折射现象，B正确；波的传播方向发生了改变，可能是发生了折射，也可能是发生了反射，C、D错误。 2.图中1、2、3分别代表入射线、反射线、折射线，则(　　) A．2与1对应的波的波长、频率相等，波速不等 B．2与1对应的波的波速、频率相等，波长不等 C．3与1对应的波的波速、频率、波长均相等 D．3与1对应的波的频率相等，波速、波长均不等 答案：D 解析：1、2对应的波都在介质a中传播，故1、2对应的波的频率、波速、波长均相等，A、B错误；1、3对应的波是在两种不同的介质中传播，波速不同，但波源相同，因而频率相同，由λ＝得波长不同，故C错误，D正确。 3.一列声波在空气中的波长为0.2 m。当该声波从空气中以某一角度传入介质Ⅱ中时，波长变为0.6 m，如图所示，若空气中的声速是340 m/s。求： (1)该声波在介质Ⅱ中传播时的频率； (2)该声波在介质Ⅱ中传播的速度； (3)若声波垂直进入介质Ⅱ，经0.4 s返回空气，则介质Ⅱ的深度为多少？ 答案：(1)1700 Hz　(2)1020 m/s　(3)204 m 解析：(1)声波在空气中传播时，由v＝λf得： f＝＝ Hz＝1700 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1700 Hz。 (2)由v＝λf得，声波在介质Ⅱ中的传播速度为v2＝λ2f＝0.6×1700 m/s＝1020 m/s。 (3)声波经＝0.2 s传至介质Ⅱ底部，故介质Ⅱ的深度h＝v2·＝1020×0.2 m＝204 m。 知识点二　波的衍射 4．(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．声波容易发生衍射现象是由于声波波长较短 C．只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象 D．“闻其声而不见其人”表明声波发生了衍射 答案：AD 解析：衍射是一切波特有的现象，A正确；声波容易发生衍射现象是由于声波波长较长，B错误；横波和纵波都能发生衍射现象，C错误；“闻其声而不见其人”说明声波绕过障碍物传播，表明声波发生了衍射，D正确。 5．(多选)在观察水波衍射实验的时候，在水槽盛有一定深度的水，改变波源的频率和狭缝的宽度，分别拍摄了以下四幅照片。对于照片上出现的情景，下列判断正确的是(　　) A．已知甲、乙中水波波长相同，由图可知狭缝的宽度越大衍射现象越明显 B．已知甲、乙中水波波长相同，由图可知狭缝的宽度越小衍射现象越明显 C．已知丙、丁中狭缝宽度一样，由图可知波长越短的水波衍射现象越明显 D．已知丙、丁中狭缝宽度一样，由图可知波长越长的水波衍射现象越明显 答案：BD 解析：已知甲、乙中水波波长相同，由题图可知乙的衍射现象更明显，可知狭缝的宽度越小衍射现象越明显，故A错误，B正确；已知丙、丁中狭缝宽度一样，由题图可知丙的衍射现象更明显，可知波长越长的水波衍射现象越明显，故D正确，C错误。 6.(多选)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两处小船明显受到波浪影响 答案：AD 解析：A、B两处小船明显受到波浪影响，是因为水波通过M、N时发生明显的衍射现象，波浪能传播到A、B处，当障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或跟波长相差不多时，会发生明显的衍射现象，故A、D正确。 7.如图所示，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，可采用的方法是(　　) A．增加波源距桥墩的距离 B．减小波源距桥墩的距离 C．提高波源的振动频率 D．降低波源的振动频率 答案：D 解析：为使水波能带动叶片振动，则要使水波发生明显衍射，根据发生明显衍射的条件可知，增加或减小波源距桥墩的距离，都不能影响水波衍射的明显程度，故A、B错误；提高波源的振动频率，根据λ＝，波速不变，频率增大，波长减小，水波的衍射现象变得更不明显，反之降低波源的振动频率，波长增大，水波的衍射现象变得更明显，故C错误，D正确。 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 答案：D 解析：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。 9．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 解析：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。 10．当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．221 m B．442 m C．374 m D．646 m 答案：C 解析：向右边山坡传播的声波从发出到反射回来所用的时间为t1＝0.3 s，向左边山坡传播的声波从发出到反射回来所用的时间为t2＝(0.3＋1.6) s＝1.9 s，山谷的宽度约为s＝v(t1＋t2)＝×340×(0.3＋1.9) m＝374 m，故C正确。 11．甲、乙两人分别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。求： (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30 m的桥洞，桥墩直径为3 m，桥墩后能否看到明显衍射现象？若该桥下为一3 m宽的涵洞，洞后能否发生明显衍射现象？ 答案：(1) m　 m/s　(2)会　(3)能　能 解析：(1)由题意知，周期T＝ s＝3 s 设波长为λ，则5λ＋＝24 m 解得λ＝ m 由v＝得，波速v＝ m/s＝ m/s。 (2)由于λ＝ m，大于竖立电线杆的直径，所以此波遇到竖立的电线杆时会发生明显的衍射现象。 (3)由于λ＝ m>3 m，所以此波无论是遇到直径为3 m的桥墩，还是通过宽为3 m的涵洞，都能发生明显的衍射现象。 12．天空有近似等高的浓云层。为了测量云层的高度，在水平地面上与观测者的距离为d＝3.0 km处进行一次爆炸，观测者听到由空气直接传来的爆炸声和由云层反射来的爆炸声时间上相差Δt＝6.0 s。已知空气中的声速v＝ km/s。由此可估算出云层下表面的高度为多少？ 答案：2.0×103 m 解析：如图所示，A表示爆炸处，O表示观测者所在处，B表示云层反射点，用h表示云层下表面的高度，用t1表示爆炸声由空气直接传到O处所用的时间，则有 d＝vt1 用t2表示爆炸声经云层反射后到达O处所用的时间，因为入射角等于反射角，故有 2＝vt2 由题意可知t2－t1＝Δt 联立以上三式，可得h＝ 代入数据解得h＝2.0×103 m。 9 学科网（北京）股份有限公司 $$