3.3波的反射折射和衍射 导学案 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

第3节 波的反射折射和衍射 【知识梳理】 一、波的反射 1．波的反射：波遇到障碍物返回到原介质继续传播，这种现象叫做波的反射。 2．入射角（i）和反射角（i’）：入射波的波线与法线的夹角i叫做入射角，反射波的波线与法线的夹角i’叫做反射角。 3．反射规律： （1）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。 二、波的折射 1．波的折射：波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叫做波的折射。 2．折射角（r）：折射波的波线与法线的夹角r叫做折射角。 3．折射的两种情况：如图所示。 （1）当入射角度大于折射角度时，折射角折向法线； （2）当入射角度小于折射角度时，折射角折离法线； （3）当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例。 4．折射规律： （1）入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居法线两侧。入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比：。 （2）当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线；当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线。 （3）在波的折射中，波的频率不变，波速和波长改变。 （4）波发生折射的原因：波在不同介质中的传播速度不同。 三、波的衍射 1．概念：波在传播过程中偏离直线路径，绕到障碍物的后面继续传播的现象。 2．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，或比波长更短。对相同的障碍物，波长越长，衍射现象越明显。 【典型例题】 例1：如图所示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 例2：关于波的反射与折射，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，波的频率、波长、波速均不变 C．波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化 D．波发生折射时，波的频率、波速不变，但波长发生变化 例3：（多选）下列现象属于波的衍射现象的是： A．隔墙有耳 B．空山不见人，但闻人语响 C．余音绕梁，三日而不绝 D．夏日雷声轰鸣不绝 例4：（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： 例5：已知空气中的声速为340 m/s。现有几种声波：①周期为 s；②频率为104 Hz；③波长为10m。它们传播时若遇到宽约13m的障碍物，能产生明显的衍射现象的是： A．①和② B．②和③ C．①和③ D．都可以 例6：图中S为在水面上振动的波源，M、N为在水面上的两块挡板，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，下列方法无效的是： A．移动N使狭缝的宽度增大 B．使波源的频率减小 C．使波源的周期增大 D．移动N使狭缝的宽度减小 【课堂练习】 （ ）1．已知声波在空气中传播速度为，在两悬崖、B之间距为处的点鸣枪，听到最初两声回音时间间隔，则两悬崖间距离为 A． B． C． D． （　　）2．下列现象中利用波的反射的有 A．手扶耳旁听远处的人说话 B．医生给病人做超声波检查 C．雷达的工作原理 D．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况 A．A B．AB C．ABC D．ABCD （　　）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，容易产生衍射 D．以上说法均不对 （　　）4．（多选）一列水波通过某孔的实际情况如图所示，现把孔的尺寸变小，或者把水波的波长变大，水波通过孔后的假想情况如图四幅图所示，其假想错误的图示有 A．孔变小 B．孔变小 C．波长变大 D．波长变大 【课后作业】 （　　）1．水槽内有一振源振动时产生的水波通过一个空隙发生衍射现象，为了使衍射现象更明显，可采用的方法是 A．增加空隙宽度 B．减小空隙宽度 C．增加振源的振动频率 D．减小振源的振动波长 （　　）2．发波水槽中产生一列水波，用一支圆珠笔插入水中，如图笔对波的传播 A．有影响，水波发生明显衍射现象 B．有影响，水波不发生明显衍射现象 C．无影响，水波发生明显衍射现象 D．无影响，水波不发生明显衍射现象 （　　）3．在用水波槽做衍射实验时，若打击水面的振子的振动频率是5Hz，水波在水槽中的传播速度为0.05m/s，为观察到明显的衍射现象，小孔的直径d应为 A． B． C． D． （　　）4．如图圆形实线是波源O在水槽里产生的水波的波峰，下列说法正确的是B A．水波只要进入∠CAE和∠DBF区域就叫波的衍射 B．水波只要进入∠CAA′和∠DBB′区域就叫波的衍射 C．水波必须充满∠CAE和∠DBF区域才叫波的衍射 D．水波必须充满∠CAA′和∠DBB′区域才叫波的衍射 （　　）5．如图，挡板M是固定的，挡板 N 可以上下移动．现在把M、 N两块挡板中的空隙当做一个“小孔”做水波的衍射实验，出现了图示的图样，P点的水没有振动起来．为了使挡板左边的振动传到P点，可以采用的办法有 A．挡板M向上移动 B．挡板 N 向下移动 C．增大波的频率 D．减小波的频率 （　　）6．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，下列说法中正确的是 A．假设波浪的波长约为10m，则A、B两处小船完全不受波浪影响 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50m，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50m，则A、B两处小船明显受到波浪影响 （　　）7．如图所示，O是水面上一波源，实线和虚线分别表示该时刻的波峰和波谷，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以外区域 D．没有阴影的区域 （　　）8．（多选）下图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔（图A、B）或障碍物（图C、D）的情况。水波用弧线表示，相邻弧线间距为一个波长，则其中能发生明显衍射现象的有 A．B．C．D． （　　）9．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，则波经过孔之后的传播情况，下列描述错误的是 A．此时能观察到明显的波的衍射现象 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，能观察到更明显的衍射现象 10．观察水波衍射的实验装置示意图如图所示。AC和BD是两块挡板，两板间有一狭缝AB，O是波源。图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻的波纹（图中曲线）之间的距离表示一个波长如何使衍射现象更明显？为什么？ 11．甲、乙二人分乘两只船在湖中钓鱼，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？ 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节 波的反射折射和衍射 【知识梳理】 一、波的反射 1．波的反射：波遇到障碍物返回到原介质继续传播，这种现象叫做波的反射。 2．入射角（i）和反射角（i’）：入射波的波线与法线的夹角i叫做入射角，反射波的波线与法线的夹角i’叫做反射角。 3．反射规律： （1）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。 二、波的折射 1．波的折射：波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叫做波的折射。 2．折射角（r）：折射波的波线与法线的夹角r叫做折射角。 3．折射的两种情况：如图所示。 （1）当入射角度大于折射角度时，折射角折向法线； （2）当入射角度小于折射角度时，折射角折离法线； （3）当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例。 4．折射规律： （1）入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居法线两侧。入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比：。 （2）当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线；当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线。 （3）在波的折射中，波的频率不变，波速和波长改变。 （4）波发生折射的原因：波在不同介质中的传播速度不同。 三、波的衍射 1．概念：波在传播过程中偏离直线路径，绕到障碍物的后面继续传播的现象。 2．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，或比波长更短。对相同的障碍物，波长越长，衍射现象越明显。 【典型例题】 例1：如图所示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 例2：关于波的反射与折射，下列说法正确的是： B 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，波的频率、波长、波速均不变 C．波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化 D．波发生折射时，波的频率、波速不变，但波长发生变化 例3：（多选）下列现象属于波的衍射现象的是： AB A．隔墙有耳 B．空山不见人，但闻人语响 C．余音绕梁，三日而不绝 D．夏日雷声轰鸣不绝 例4：（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： BC 例5：已知空气中的声速为340 m/s。现有几种声波：①周期为 s；②频率为104 Hz；③波长为10m。它们传播时若遇到宽约13m的障碍物，能产生明显的衍射现象的是： C A．①和② B．②和③ C．①和③ D．都可以 例6：图中S为在水面上振动的波源，M、N为在水面上的两块挡板，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，下列方法无效的是： A A．移动N使狭缝的宽度增大 B．使波源的频率减小 C．使波源的周期增大 D．移动N使狭缝的宽度减小 【课堂练习】 （ ）1．已知声波在空气中传播速度为，在两悬崖、B之间距为处的点鸣枪，听到最初两声回音时间间隔，则两悬崖间距离为C A． B． C． D． （　　）2．下列现象中利用波的反射的有D A．手扶耳旁听远处的人说话 B．医生给病人做超声波检查 C．雷达的工作原理 D．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况 A．A B．AB C．ABC D．ABCD （　　）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C 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，容易产生衍射 D．以上说法均不对 （　　）4．（多选）一列水波通过某孔的实际情况如图所示，现把孔的尺寸变小，或者把水波的波长变大，水波通过孔后的假想情况如图四幅图所示，其假想错误的图示有BD A．孔变小 B．孔变小 C．波长变大 D．波长变大 【课后作业】 （　　）1．水槽内有一振源振动时产生的水波通过一个空隙发生衍射现象，为了使衍射现象更明显，可采用的方法是B A．增加空隙宽度 B．减小空隙宽度 C．增加振源的振动频率 D．减小振源的振动波长 （　　）2．发波水槽中产生一列水波，用一支圆珠笔插入水中，如图笔对波的传播C A．有影响，水波发生明显衍射现象 B．有影响，水波不发生明显衍射现象 C．无影响，水波发生明显衍射现象 D．无影响，水波不发生明显衍射现象 （　　）3．在用水波槽做衍射实验时，若打击水面的振子的振动频率是5Hz，水波在水槽中的传播速度为0.05m/s，为观察到明显的衍射现象，小孔的直径d应为D A． B． C． D． （　　）4．如图圆形实线是波源O在水槽里产生的水波的波峰，下列说法正确的是B A．水波只要进入∠CAE和∠DBF区域就叫波的衍射 B．水波只要进入∠CAA′和∠DBB′区域就叫波的衍射 C．水波必须充满∠CAE和∠DBF区域才叫波的衍射 D．水波必须充满∠CAA′和∠DBB′区域才叫波的衍射 （　　）5．如图，挡板M是固定的，挡板 N 可以上下移动．现在把M、 N两块挡板中的空隙当做一个“小孔”做水波的衍射实验，出现了图示的图样，P点的水没有振动起来．为了使挡板左边的振动传到P点，可以采用的办法有D A．挡板M向上移动 B．挡板 N 向下移动 C．增大波的频率 D．减小波的频率 （　　）6．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，下列说法中正确的是D A．假设波浪的波长约为10m，则A、B两处小船完全不受波浪影响 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50m，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50m，则A、B两处小船明显受到波浪影响 （　　）7．如图所示，O是水面上一波源，实线和虚线分别表示该时刻的波峰和波谷，A是挡板，B是小孔，经过一段时间，水面上的波形将分布于B A．整个区域 B．阴影Ⅰ以外区域 C．阴影Ⅱ以外区域 D．没有阴影的区域 （　　）8．（多选）下图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔（图A、B）或障碍物（图C、D）的情况。水波用弧线表示，相邻弧线间距为一个波长，则其中能发生明显衍射现象的有BD A．B．C．D． （　　）9．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，则波经过孔之后的传播情况，下列描述错误的是D A．此时能观察到明显的波的衍射现象 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，能观察到更明显的衍射现象 10．观察水波衍射的实验装置示意图如图所示。AC和BD是两块挡板，两板间有一狭缝AB，O是波源。图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻的波纹（图中曲线）之间的距离表示一个波长如何使衍射现象更明显？为什么？ 答案：减小峡缝AB之间的距离，使波源频率减小 11．甲、乙二人分乘两只船在湖中钓鱼，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？ 答案：m/s，会发生 学科网（北京）股份有限公司 $