3.3 波的反射、折射和衍射（教用Word）-【金榜题名】2026-2027学年高二物理选择性必修第一册高中同步学案（人教版）

本讲义聚焦高中物理“波的反射、折射和衍射”核心知识点，系统梳理反射定律（三线共面、反射角等于入射角）、折射中频率不变而波速波长变化的规律，以及衍射现象及明显衍射条件（缝孔尺寸与波长相差不多或更小），承接波动传播特性，为后续波的干涉学习奠定基础，通过实验描述、对比表格、例题解析和自我诊断题搭建认知支架。 该资料以实验探究为特色，结合“回声测距”“闻其声不见其人”等生活实例，强化物理观念中的运动与相互作用观念。通过射线模型解释反射折射，体现科学思维的模型建构，设计“改变狭缝宽度观察衍射现象”等探究活动培养科学探究能力。课中辅助教师演示分析，课后分层作业（基础达标、能力提升）助力学生巩固知识，查漏补缺。

3．3　波的反射、折射和衍射 学习 目标 1．通过实验认识波的反射和折射现象． 2．通过用射线解释反射、折射现象和，认识波动中建构物理模型的方法． 3．知道波的衍射现象和波产生明显衍射现象的条件． 一、波的反射和折射 1．波的反射：反射线、法线和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． 2．波的折射 (1)波在两种介质的界面上会发生折射现象． (2)一切波都会发生折射现象． 二、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)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：波绕到挡板后面继续传播． ③当狭缝宽度一定时，波长与狭缝相差不多时，有明显的衍射现象，随着波长的减小，衍射现象变得越来越不明显． 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． [自我诊断] 1．判断下列说法的正误． (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定律．(×) (3)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．(×) (4)“闻其声不见其人”，是指声波的衍射现象．(√) (5)孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象．(×) (6)超声波比普通声波的波长小．(√) 2．如图所示的图样为波的______现象，为使得现象更明显，可适当________(选填“增大”或“减小”)波源的频率． 解析：如图所示的图样为波的衍射现象；发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸与波长相差不多或比波长小，且波长越长，衍射现象越明显，由题意知，适当减小波源的频率，能增大波长． 答案：衍射　减小 一、波的反射和折射 1．波的反射： (1)规律：入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分居法线两侧，反射角等于入射角． (2)反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同． (3)波遇到两种介质界面时，总存在反射． 2．波的折射： (1)波的折射遵循折射定律：入射线与折射线分居在法线的两侧并且在同一平面内． (2)波从一种介质进入另一种介质，只有波的频率不变，波速、波长均发生变化，但总满足v＝λf． 3．波的反射、折射现象中物理量变化的比较： 比较项 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 　关于波的反射与折射，下列说法正确的是(　　 ) A．入射波的波长一定等于反射波的波长，其频率不变 B．入射波的波长一定小于反射波的波长，其频率不变 C．入射波的波长一定大于折射波的波长，其频率不变 D．入射波的波长一定小于折射波的波长，其频率不变 解析：选A　入射波和反射波都在同一介质中传播，故频率、波速、波长均相等，A正确；入射波和折射波在两种不同介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由λ＝ 得波长不同，故CD错． 　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 解析：选C　右边的声波从发出到反射回来所用时间为t1＝0．3 s，左边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． 波的反射现象的应用 回声测距 (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远离声源时，声源发声时障碍物到声源的距离为s＝(v声－v)．　　 二、波的衍射 [问题探究] 如图所示是一个可观察水波衍射的发波水槽，振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节的小孔，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．思考下列问题： (1)水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？ (2)当水波遇到较大的障碍物时，会观察到什么现象？当障碍物较小时，会观察到什么现象？ 答案：(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”，小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显． (2)当水波遇到较大的障碍物时，将会返回，当障碍物较小时，波能继续向前传播． [知识深化] 对波的衍射的理解 (1)衍射是波特有的现象，即一切波都能发生衍射． (2)只有满足“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，衍射现象才明显． (3)我们通常所说的“衍射”，是指发生明显衍射现象的衍射，对于不明显的衍射现象，我们不能说该波不发生衍射． (4)衍射是对一列波来说的． (5)当孔的尺寸远小于波长时，尽管理论上衍射十分明显，但衍射波的能量很弱，衍射现象不容易观察到． 　 (多选)观察水面波衍射的实验装置如图所示，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，则波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是(　　) A．此时能观察到波明显的衍射现象 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，能更明显观察到衍射现象 解析：选ABC　从题图中可看出孔AB的尺寸小于一个波长，所以此时能明显地观察到波的衍射现象，选项A正确；因为穿过挡板小孔后的波速不变，频率相同，所以波长也相同，选项B正确；若将孔AB扩大，将可能不满足发生明显衍射现象的条件，就有可能观察不到明显的衍射现象，选项C正确；若将波源频率增大，由于波速不变，所以波长变小，将可能不满足发生明显衍射现象的条件，就有可能观察不到明显的衍射现象，选项D错误． (1)波的衍射是不需要条件的，但要发生明显的衍射必须满足一定的条件． (2)波长相对小孔(或障碍物)尺寸越长，衍射现象越明显．　　 [针对训练] 　(多选)图中S为在水面上振动的波源，M、N是水面上的两块挡块，其中N板可以上下移动，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使狭缝的间距增大 D．移动N使狭缝的间距减小 解析：选BD　使孔满足明显衍射的条件即可，或将孔变小，或将波长变大，B、D正确． 1．下列说法正确的是(　　 ) A．只有横波能发生衍射，纵波不能发生衍射 B．当波长比孔的宽度小得越多时，波的衍射越明显 C．声波能发生衍射现象，光不能发生衍射现象 D．声波易发生明显的衍射现象，光不易发生明显的衍射现象 答案：D 2． 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 解析：选A　拍打水面时，水波中的质点上下振动，形成的波向前传播，以较高的频率拍打水面，则质点振动的频率增加，波的频率与振动的频率相等，波速不变，频率增大，根据λ＝可知波长减小，衍射现象不明显；反之以较低的频率拍打水面，波长增大，衍射现象更明显．故以较低的频率拍打水面，可以使衍射现象明显，以带动树叶A明显振动起来，选项A正确，BCD错误． 3． 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侧水波是衍射波 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，衍射现象更明显 解析：选B　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． 课时作业(十六)　波的反射、折射和衍射 [基础达标练] 1．(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．超声波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：选ABD　A．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，声呐采用的是超声波，超声波的方向性好，遇到障碍物容易反射．故A正确；B．隐形飞机的原理是：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早期发现，所以隐形飞机可能在机身表面涂有高效吸收电磁波的物质，使用吸收雷达电磁波材料，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，很难被发现．故B正确；C．雷达的工作原理是利用波的反射．故C不正确；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．故D正确．故选ABD． 2．(多选)如图所示为水波的衍射现象，S为波源，d为挡板上的小孔宽度，相邻弧线间距为一个波长，其中符合事实的是(　　 ) 解析：选BC　选项A、B中小孔宽度大于波长，衍射现象不明显，挡板会阻碍波的传播，故A不符合事实、B符合事实；选项C、D中小孔宽度小于波长，衍射现象明显，但穿过小孔后波速和频率不变，波长应不变，故C符合事实，D不符合事实． 3．电影院的墙壁上都被装成坑坑洼洼的，俗称燕子泥，其目的是(　　) A．减弱回声 B．防止声音振坏墙壁 C．增大声音的频率 D．增强响度 解析：选A　电影院的空间距离较大，当声音在剧场内传播时，遇到墙壁会反射回来形成回声，由于剧场较大，回声与原声进入人耳的时间差会大于0．1 s，人耳会分辨出来，这样就会造成剧场内的声音非常嘈杂，使人听不清楚原声．所以将剧场的墙壁修得粗糙不平，以此来减弱声音的反射，使人能听清楚原声，综上分析，故选项A正确．故选A． 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．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长 解析：选ABD　AC．衍射是一切波特有的现象，故A正确，C错误；B．发生明显的衍射现象是有条件的，只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象，故B正确；D．声波的波长1．7 cm到17 m之间，一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比，由于声波的波长较长，所以声波容易发生明显的衍射现象，故D正确．故选ABD． 5．在水波槽的衍射实验中，打击水面的振子振动频率是10Hz，水波在水槽中的传播速度为0．5 m/s．为能观察到显著的衍射现象，小孔的宽度可以为(　　) A．0．15 m　　　　　 B．0．05 m C．0．5 m D．5 m 解析：选B　根据v＝λf有λ＝＝＝0．05 m且只有当缝、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． 6． 如图所示，正中心O点是水面上一波源，实、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷，A是挡板，B是小孔．不考虑波的反射因素，经过一段时间后，水面上的波形将分布于(　　) A．整个区域 B．阴影Ⅰ以外的区域 C．阴影Ⅱ以外的区域 D．阴影Ⅰ和Ⅱ以外的区域 解析：选B　小孔的宽度与水面波波长差不多，而挡板的长度却比波长大得多，故经过一段时间，区域Ⅱ会因为衍射而弥漫水面波，区域Ⅰ却不能发生明显衍射现象．故选B． 7．假期里，小明在家里利用手机上的影视APP观看电影，但觉得电影情节过于冗长，所以他开启了倍速播放模式．与原速播放相比，开启倍速播放后，手机发出的声音(　　) A．频率降低 B．波长变短 C．传播速度增大 D．更容易发生衍射 解析：选B　与原速播放相比，开启倍速播放后，因播放速度变大，则手机发出的声音频率升高，波长变短，更不容易发生衍射，但是传播速度不变．故选B． 8．下列现象不属于波的明显衍射现象的是(　　 ) A．“隔墙有耳” B．“空山不见人，但闻人语声” C．河中芦苇后面没有留下无波的区域 D．池中假山前有水波，假山后无水波 解析：选D　A．“隔墙有耳”是波绕过障碍物继续传播，是声音的衍射现象，故A不符合题意；B．“空山不见人，但闻人语声”，这是障碍物挡住了光，挡不住声音，声音衍射明显，故B不符合题意；C．河中芦苇后面没有留下无波的区域，是水波的明显衍射现象，故C不符合题意；D．池中假山后无水波说明衍射现象不明显，故D符合题意．故选D． 9．一声波在空气中的波长为25 cm，速度为340 m/s，当折射进入另一种介质时，波长变为80 cm，求： (1)声波在这种介质中的频率； (2)声波在这种介质中的传播速度大小． 解析：(1)声波在空气中的频率为f＝＝ Hz＝1360 Hz进入另一种介质时频率不变，仍为1360 Hz．(2)声波在这种介质中的传播速度大小为v′＝fλ′＝1360×0．80 m/s＝1 088 m/s． 答案：(1)1360 Hz　(2)1088 m/s [能力提升练] 10．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 解析：选C　A．机械波在传播过程中遇到狭缝后都会发生衍射现象，当发生衍射时，机械波就会传播到本该是“阴影”的区域，不再沿直线传播，A项错误；BCD．观察两幅图可以发现，题图乙中机械波的波长跟狭缝的宽度相差不大，此时衍射现象明显，C项正确，B、D项错误．故选C． 11．如图所示，甲为沿x轴传播的一列简谐横波在t＝0时刻的波动图像，乙图为参与波动质点P的振动图像，则下列判断正确的是(　　 ) A．该波的传播速率为8 m/s B．该波的传播方向沿x轴正方向 C．经过0．5 s时间，质点P沿波的传播方向向前传播2 m D．该波在传播过程中若遇到3 m的障碍物，能发生明显衍射现象 解析：选D　根据速率与波长的关系v＝，由图可知λ＝4 m，T＝1 s ，所以波传播的速率为v＝4 m/s，故A错误；由乙图可知在t＝0时刻，质点P处于平衡位置，且向下振动，根据“上下坡”法，波沿x轴负方向传播，故B错误；介质中的质点不会随波迁移，故C错误；当障碍物的尺寸小于波长或与波长接近时，可以发生明显衍射，故D正确． 12． 如图所示为观察水面波衍射的实验示意图，CA、BD是挡板，它们之间有一窄缝，A、B分别为窄缝边缘的两点．S点表示波源，相邻两波纹之间的距离表示一个波长，已知A、B间的距离与波长相差不多，则波穿过窄缝之后(　　) A．波纹之间距离变大 B．波的振幅变大 C．波仅在SA与SB两直线之间的扇形区域内传播 D．波能传播到SA、SB两直线外侧的区域 解析：选D　穿过窄缝之后，波的频率不变，波速不变，所以波长不变，即波纹间距不变，振幅不变，故选项A、B错误；波衍射后偏离直线传播路径，故C错误，D正确． 13．(多选)如图所示，一小型渔港的防波堤两端MN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50 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50 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响 解析：选AD　A、B处小船受到波浪影响是因为水波发生明显的衍射，波浪能传播到A、B处的结果，由于当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长差不多的时候，会发生明显的衍射现象．假设波浪的波长约为10 m，则不能发生明显衍射，而当波浪的波长约为50 m，则能发生明显衍射．故选AD． 14．甲、乙二人分乘两只船在湖中钓鱼，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10次，当甲船位于波峰时，乙船位于波谷，这时两船之间还有一个波峰，则此水波的波速为多少？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？ 解析：由题意可知T＝ s＝6 s设此波的波长为λ，则有24＝λ＋得λ＝16 m 所以v＝＝ m/s＝ m/s由于λ＝16 m 大于竖立电线杆的尺寸，所以当波通过竖立的电线杆时会发生明显的衍射现象． 答案： m/s，会发生 学科网（北京）股份有限公司 $$