第三章 3．波的反射、折射和衍射-【金版新学案】2025-2026学年新教材高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书word（人教版）

3．波的反射、折射和衍射 【素养目标】　1．了解波的反射和折射现象，掌握波的反射和折射规律并会解决有关问题。2．知道波的衍射现象。3．理解发生明显衍射的条件，并且能解决有关问题。 知识点一　波的反射和折射 【情境导入】　1．如图甲所示，我们在山中对着山谷大声喊“你好……”时会听到“连绵不断”的“你好……”的回声；如图乙所示，在空旷的大房间里说话时，会听到“嗡嗡”的回声……，这些属于波的什么现象？ 2．如图丙所示，我们对着家中的鱼缸大喊时会看见鱼缸中的鱼儿受到“惊吓”而急速游动，好像听到了我们的喊声，这属于波的什么现象？ 提示：1．都是声波的反射现象。 2．是声波的折射现象。 【教材梳理】 (阅读教材P71—P72完成下列填空) 1．波的反射 (1)定义：波传播过程中遇到介质界面会返回来继续传播的现象。 (2)波的反射定律：波的反射与初中学过的光的反射遵循同样的规律，即：反射线、法线与入射线在同一平面内， 学生用书第85页 反射线与入射线分居法线两侧，反射角等于入射角，如图所示。 (3)波遇到两种介质的界面时总会发生反射。 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)波的折射规律：入射线和折射线分居在法线两侧，并且在同一个平面内。 (3)一切波都会发生折射现象。 【师生互动】　如图所示，人站在岸边对着水面大喊一声。 任务1．声波经过水面的反射，反射波与入射波的频率、波长、波速分别是什么关系？ 任务2．声波经过水面折射进入水中，折射波与入射波的频率、波长、波速分别是什么关系？ 提示：任务1.在波的反射现象中，反射波和入射波的频率都与波源的频率相同；反射波和入射波在同种介质中传播，波速相同，由v ＝fλ 可知，波长也相同。 任务2.在波的折射现象中，波从一种介质进入另一种介质，频率不变，由于介质不同，故波速不同，由λ＝可知，波长也不同。 【探究归纳】 波的反射与折射的比较 比较项目 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 波的反射与折射的理解 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、波长相等 D．3与1的频率相等，波速、波长均不等 答案：D 解析：反射波的波长、频率、波速与入射波都相等，故A、B错误；折射波的波长、波速与入射波都不相等，但频率相等，故C错误，D正确。故选D。 针对练．(多选)下列关于波的反射或折射现象的应用判断正确的是(　　) 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 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传播方向改变的现象，是波的折射现象 答案：ABD 解析：潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，雷达的工作原理都是利用了波的反射，故A正确，C错误；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，故B正确；水波从深水区传到浅水区传播方向改变的现象，是波的折射现象，故D正确。故选ABD。 回声测距问题 天空中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回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。试估算云层下表面的高度。 答案：2.0 km 解析：如图所示，设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表示爆炸声直接经地面传到观测处所用的时间，则有d＝vt1 用t2表示爆炸声经云层反射后到达观测处所用的时间，因为入射角等于反射角，故有2 ＝vt2 已知t2－t1＝Δt 联立解得h＝2.0 km。 学生用书第86页 回声测距常见的三种情况 1．当声源不动时，声波遇到了静止障碍物会被反射回来继续传播，由于反射波与入射波在同一介质中的传播速度相同，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。设经过时间t听到回声，则声源距障碍物的距离x＝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，设经过时间t听到回声，则声源发声时障碍物到声源的距离x＝(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，设经过时间t听到回声，则声源发声时障碍物到声源的距离x＝(v声－v)。　　 针对练1．(2024·湖南长沙高二期末)当一个探险者进入一个山谷后，为了估测山谷的宽度，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 答案：C 解析：向右传播的声波从发出到反射回来所用的时间t1＝0.3 s，向左传播的声波从发出到反射回来所用的时间t2＝0.3 s＋1.6 s＝1.9 s，山谷的宽度s＝v声(t1＋t2)＝×340×(0.3＋1.9) m＝374 m。故选C。 针对练2．甲、乙两人站在一堵墙前面，两人相距2a，距墙均为 a。当甲开了一枪后，乙在t时间后听到第一声枪响，则乙在什么时候能听到第二声枪响(　　) A．听不到 B．甲开枪后3t时间 C．甲开枪后2t时间 D．甲开枪后t时间 答案：C 解析：乙听到的第一声枪响必然是甲开枪的声音由空气直接传到乙的耳中，故t＝；甲、乙二人及墙的位置如图所示，乙听到的第二声枪响必然是经墙反射传来的枪声，由反射定律可知，波线如图中AC和CB所示，由几何关系可得AC＝CB＝2a，故第二声枪响传到乙耳中的时间t′＝＝2t。故选C。 知识点二　波的衍射 【情境导入】　我们常说“隔墙有耳”“未见其人，先闻其声”，这些属于什么现象？ 提示：声波的衍射现象。 【教材梳理】 (阅读教材P72—P73完成下列填空) 1．波的衍射：波可以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。 3．一切波都能发生衍射。衍射是波特有的现象。 【师生互动】　利用盛有一定深度的水的发波水槽观察水波衍射实验时，分别拍摄了以下四幅照片。已知甲、乙图中水波的波长相同，狭缝的宽度不同；丙、丁图中狭缝的宽度相同，丙图中水波的波长是丁图中的。 任务1．对比甲、乙两图中的水波图样，说明衍射现象的明显程度与狭缝的宽度大小有什么关系？ 任务2．对比丙、丁两图中的水波图样，说明衍射现象的明显程度与波长大小有什么关系？ 提示：任务1．题图甲、乙中水波波长相同，题图乙的狭缝宽度较小，衍射现象更明显，说明波长一定时，狭缝的宽度越小，衍射现象越明显。 任务2．题图丙、丁中狭缝宽度一样，题图丙中水波的波长较长，衍射现象更明显，说明狭缝宽度一定时，波长越长，衍射现象越明显。 【探究归纳】 理解衍射现象的两点注意 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．波长比小孔(或障碍物)尺寸大得越多，衍射现象越明显。但是当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射明显，但衍射波的能量很弱，不容易观察。 学生用书第87页 (2024·河南洛阳高二期中) 如图所示为波源O传出的一列水波，相邻实线间的距离等于一个波长，下列说法正确的是(　　) A．波通过孔A，不发生明显的衍射现象 B．波通过孔B，不发生衍射现象 C．波遇到障碍物C，发生明显的衍射现象 D．波遇到障碍物D，发生明显的衍射现象 答案：D 解析：孔B和障碍物C尺寸大于波长，不会发生明显衍射现象，但仍会发生衍射现象，B、C错误；孔A和障碍物D尺寸分别小于和接近波长，会发生明显衍射现象，A错误，D正确。故选D。 1．衍射是波特有的现象 一切波都可以发生衍射，衍射只有“明显”与“不明显”之分。 2．波的衍射的实质：波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛是一个新波源，由它发出的与原来同频率的波在小孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向。波的直线传播只是在衍射现象不明显时的近似情况。　　 针对练1．某同学观察到波长不同的水波通过三个宽度相同的狭缝时的现象，在甲、乙、丙三幅照片中，波长分别是狭缝宽度的、、，下列说法正确的是(　　) A．水波通过狭缝后波长变短 B．这是水波的衍射现象，有些波不能发生衍射现象 C．此现象可以说明，波长一定， 缝越窄，衍射现象越明显 D．此现象可以说明，缝宽一定，波长越长，衍射现象越明显 答案：D 解析：水波通过狭缝后波长不变，A错误；这是水波的衍射现象，衍射是波特有的性质，一切波都能发生衍射，B错误；该实验的狭缝宽度相等，波长不等，则此现象可以说明，缝宽一定，波长越长，衍射现象越明显，C错误，D正确。故选D。 针对练2．(2024·安徽安庆高二期末)下列现象属于波的衍射现象的是(　　) A．在空旷的山谷里喊叫，可以听到回声 B．“空山不见人，但闻人语响” C．“余音绕梁，三日而不绝” D．夏日的雷声有时轰鸣不绝 答案：B 解析：在空旷的山谷里喊叫，可以听到回声，这是声波的反射现象，故A错误；波遇到障碍物或小孔后继续传播的现象叫作波的衍射，“空山不见人，但闻人语响”是声波的衍射现象，故B正确；“余音绕梁，三日而不绝”，是声波的反射现象，故C错误；雷声有时轰鸣不绝，是声波的反射现象，故D错误。故选B。 课时测评15　波的反射、折射和衍射 (时间：30分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－12题，每题4分，共48分) 1．下列关于波的反射、折射和衍射的说法，错误的是(　　) A．一切波都能发生反射 B．水波从深水区向浅水区传播时，会因为折射改变传播方向 C．在大树前说话，大树后面的人可以听到，这是声波的反射现象 D．在空房子中说话，声音特别响亮，这是声波的反射现象 答案：C 解析：一切波都能发生反射，A正确；水波从深水区传到浅水区传播方向改变的现象，是波的折射现象，B正确；声波传播过程中，遇到障碍物继续向前传播的现象称为衍射，则在大树前说话，大树后面的人可以听到，这是声波的衍射现象，C错误；在空房子中说话，声音特别响亮，这是声波的反射现象，D正确。故选C。 2．下列关于波的衍射的说法正确的是(　　) A．衍射是机械波特有的现象 B．对同一列波，缝、孔或障碍物的尺寸比波长小时有明显衍射现象 C．只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象 D．声波容易发生明显衍射现象是由于声波波长较长，频率较高 答案：B 解析：一切波都能发生衍射，A、C错误；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，B正确；人耳能听到的声波的波长在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，所以声波容易发生明显的衍射现象，而声波的波长较长，频率较低，D错误。故选B。 3．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，容易发生明显衍射现象 D．以上说法均不对 答案：C 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λ＝知，v一定，f越低，λ越大，则频率低的声波波长较长，容易发生明显衍射现象，能被远处的人听到，故C正确，D错误。故选C。 4．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 答案：B 解析：在室内说话，说话的声音传到墙壁上又反射回来，时间差太小，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更响亮；在空旷的场合说话，声音传播出去，周围没有高大的建筑物，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。故选B。 5．(多选) 如图是观察水面波的衍射现象的实验装置，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。则波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是(　　) 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 答案：ABC 解析：发生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸与波长相差不多或比波长小。从题图中可看出孔AB的尺寸与波长相差不多，所以此时能明显地观察到波的衍射现象，A正确；因为穿过挡板间的小孔后波速不变，频率相同，所以波长也相同，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，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，也有可能观察不到明显的衍射现象，D错误。故选ABC。 6．如图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(图①②)或障碍物(图③④)，相邻曲线间的距离表示一个波长，其中能发生明显衍射现象的有(　　) A．只有①④ B．只有①②④ C．只有②③ D．只有①③ 答案：B 解析：一列水波在传播过程中遇到了小孔，题图①②都符合孔的尺寸比水波的波长小或相差不大，所以都能发生明显的衍射现象；一列水波在传播过程中遇到了障碍物，题图④的障碍物的尺寸与波长相差不大，题图③则大得多，所以题图④能发生明显的衍射现象，题图③不能发生明显的衍射现象，故能发生明显衍射现象的只有①②④。故选B。 7．如图所示，蟾蜍在池塘边平静的水面上鸣叫，形成了水波。已知水波的传播速度与水的深度成正相关，蟾蜍的鸣叫频率f＝1 451 Hz。下列说法正确的是(　　) A．水波从浅水区传入深水区，频率变大 B．池塘水面上的落叶做的是受迫振动 C．在浅水区，水波更容易发生明显的衍射现象 D．若水波两个相邻波峰间距离为0.5 cm，则此处水波的波速约为73 m/s 答案：B 解析：蟾蜍声带的振动产生了在空气中传播的声波和在池塘中传播的水波，无论是声波还是水波，它们都是由声带振动产生的，所以其频率都应该等于声带的振动频率，故A错误；池塘水面上的落叶随着水波而振动，做的是受迫振动，故B正确；已知水波的传播速度与水的深度成正比，可知水波的波长与水深有关，深水区的波长大，所以更容易发生明显的衍射现象，故C错误；蟾蜍的鸣叫频率f＝1 451 Hz，且水波波长λ＝0.5 cm＝0.005 m，则波速v＝λf＝0.005×1 451 m/s ≈7.3 m/s，故D错误。故选B。 8．测速仪安装有超声波发射和接收装置，如图所示，B为测速仪，A为汽车，两者相距335 m。某时刻B发出超声波，同时A由静止开始做匀加速直线运动。当B接收到反射回来的超声波信号时A、B相距355 m，已知声速为340 m/s，则下列说法正确的是(　　) A．经1 s，B接收到返回的超声波 B．超声波追上A车时，A车前进了10 m C．A车加速度的大小为10 m/s2 D．A车加速度的大小为5 m/s2 答案：C 解析：从B发出超声波到接收到超声波过程中，A车的运动情况如图所示，B发出超声波时，A车在C位置，A车反射超声波时，A车在D位置，B接收到超声波时，A车在E位置，经分析可知tCD＝tDE，xCE＝20 m，由运动学规律得xCD∶xDE＝1∶3，所以xCD＝5 m，xDE＝15 m，tCD＝ s＝1 s，可见B接收到返回的超声波需2 s；对A车，有xDE－xCD＝Δx＝atCD2，所以a＝。故选C。 9．如图是我国的极地考察船“雪龙”号，在它上面配有一种十分先进的声呐探测系统，其原理是：向海底发射超声波，超声波就会从海底反射回来，通过这种方式测海底深度。已知超声波在海水中认为是匀速直线运动，其速度为1 400 m/s，船静止时测量，从发射超声波到接收到反射回来的超声波所用的时间为 7 s，则“雪龙”号所在位置的海水深度为(　　) A．19 600 m B．9 800 m　 C．4 900 m　 D．2 450 m 答案：C 解析：超声波的运动可认为是匀速直线运动，则传播距离x＝vt＝1 400×7 m＝9 800 m，又因为海水深度为声波传播距离的一半，所以h＝ m＝4 900 m。故选C。 10．一只汽船以4 m/s的速度在无风的河面上航行，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，设声音在空气中的传播速度为340 m/s。则悬崖距离汽船鸣笛的位置(　　) A．504 m B．516 m C．1 008 m D．1 032 m 答案：B 解析：汽船向悬崖靠近，3 s行驶了L＝v船t＝12 m，声波3 s内传播的距离v声t＝2x－L，所以悬崖离汽船鸣笛的位置x＝＝516 m。故选B。 11．音箱装饰布网既美观又能阻止灰尘进入音箱内部，但是它又有不利的一面，对于音箱发出的声音来说，布网就成了声波衍射的障碍物，造成了声音失真。有的生产厂家就把装饰布网安装了子母扣，这样听音乐时就可以把布网卸下来，从而获得高保真的听觉效果。听同样的音乐不卸下布网和卸下布网相比较，你认为声音损失掉的主要是(　　) A．高频部分 B．低频部分 C．中频部分 D．不能确定 答案：A 解析：波发生明显衍射的条件是波长比缝、孔的宽度或障碍物的尺寸大或者相差不多，根据λ＝可知，高频部分的波长短，不容易发生明显衍射现象，可见损失的是高频部分。故选A。 12．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，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 答案：B 解析：小孔B的宽度与水面波的波长相差不大，区域Ⅱ、Ⅲ会因为衍射而弥漫水面波，而挡板A的长度比水面波的波长大得多，不能发生明显衍射现象，故经过一段时间后，水面上的波形将分布于阴影Ⅰ以外的区域。故选B。 13．(12分)图甲是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收的信号间的时间差，测出被测车辆的速度。图乙中P1、P2是测速仪发出的超声波信号，n1、n2分别是P1、P2由汽车反射回来的信号。设测速仪匀速扫描，P1、P2之间的时间间隔Δt＝1.0 s，超声波在空气中传播的速度v＝340 m/s，若汽车是匀速行驶的，则根据图乙可知，汽车在接收到P1、P2两个信号的时间间隔内前进的距离是________m，汽车的速度是________m/s。 答案：17　17.9 解析：设汽车在接收到P1、P2两个信号时距测速仪的距离分别为s1、s2，则 s1＝Δt＝0.2vΔt＝68 m s2＝Δt＝0.15vΔt＝51 m 汽车在接收到P1、P2两个信号的时间间隔内前进的距离s＝s1－s2＝17 m。 已知测速仪匀速扫描，由题图乙记录的数据可求出汽车前进这段距离所用时间 t＝Δt＝0.95 s 汽车的速度v＝ m/s≈17.9 m/s。 学科网（北京）股份有限公司 $