第3章 3 波的反射、折射和衍射（Word教参）-【精讲精练】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册（人教版）江苏专版

本讲义聚焦波的反射、折射和衍射核心知识点，系统梳理反射规律（三线共面、分居法线两侧、反射角等于入射角）、折射的传播方向改变，以及衍射现象的定义和明显衍射条件（缝或障碍物尺寸与波长差不多或更小），构建波传播特性的完整知识框架。 资料通过实验观察（如水波衍射现象）、问题引导（阅读教材思考）及例题解析（汽车鸣笛回声计算），培养学生科学探究能力和科学思维，课中辅助教师清晰授课，课后通过分层练习帮助学生巩固知识、查漏补缺，深化物理观念理解。

3　波的反射、折射和衍射 [学业要求与核心素养] 物理观念 科学思维 1．知道波传播到两种介质的交界面时会发生反射、折射现象。 2．通过观察水波的衍射现象，认识衍射现象的特征。 知道衍射现象是波特有的现象，知道什么是波的衍射现象和发生明显衍射现象的条件。 [对应学生用书P79] 一、波的反射 1．反射现象：波遇到障碍物会__返回来__继续传播的现象。 2．反射规律：反射线、法线、入射线在__同一平面内__，反射线、入射线分居__法线两侧__，反射角__等于__入射角。 二、波的折射 波从一种介质传播到另一种介质时，波的__传播方向__发生改变的现象叫波的折射。 三、波的衍射 阅读教材，并回答： 1．在水塘里微风激起的水波遇到突出水面的小石子、芦苇等会出现什么现象？ 答　水波绕过障碍物继续传播。 2．观察教材图3.3-3演示实验： (1)甲、乙两图中，哪个图的水波衍射更明显？ (2)当由宽缝逐渐减小狭缝宽度时，衍射现象是更明显、还是更不明显？ (3)发生更明显的衍射时，狭缝的宽度与波长大小上有怎样的关系？ 答　(1)乙　(2)更明显　(3)缝的宽度跟波长相差不多，或者比波长更小。 [概念·规律] 1．定义：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__。 3．__一切波__都能发生衍射，衍射是波特有的现象。 (1)波发生反射和折射时波的频率都不变，但波长、波速均发生变化。(　　) (2)波的折射现象和反射现象都是波的特有现象。(　　) (3)一切波遇到障碍物都会发生衍射现象。(　　) (4)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。(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)× [对应学生用书P79] 探究点一　波的反射和折射 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，即波源的振动频率相同。 2．波速v由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变；而折射波与入射波在不同介质中传播，所以波速变化。 3．据v＝λf知，波长λ与v及f有关，即与介质及波源有关，反射波与入射波在同一介质中传播，波速、频率相同，故波长相同。折射波与入射波在不同介质中传播，f相同，v不同，故λ不同。 　有一辆汽车以15 m/s的速度匀速行驶，在其正前方有一陡峭山崖，汽车鸣笛2 s后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离有多远？(v声＝340 m/s) [解析]　画出汽车与声音运动过程示意图如图所示，设汽车由A到C位移为x1，C到山崖B距离为x2，设汽车鸣笛到司机听到回声时间为t， 则t＝2 s 则：＝＝t 解得x2＝＝＝ m＝325 m。 [答案]　325 m 1．某物体发出的声音在空气中的波长为1 m，波速为340 m/s，在海水中的波长为4.5 m。 (1)该波的频率为________Hz，在海水中的波速为________m/s。 (2)若物体在海面上向海水发出的声音经1.5 s后听到回声，则海水深为多少？ 解析　(1)由f＝得，该波的频率f＝Hz＝340 Hz，因为波从空气进入海水，频率不变，则在海水中的波速v海＝λ海·f＝4.5×340 m/s＝1530 m/s。 (2)入射波和反射波用时相同，则海水深为 h＝v海·＝ m＝1 147.5 m。 答案　(1)340　1 530　(2)1 147.5 m 2．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0.5 s听到右边山坡反射回来的声音，又经过1.5 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．170 m　　　　　　　 B．340 m C．425 m D．680 m 解析　右边的声波从发出到反射回来所用时间为t1＝0.5 s，左边的声波从发出到反射回来所用的时间为t2＝2 s，山谷的宽度425 m。 答案　C 探究点二　波的衍射 1．衍射是波特有的现象 (1)一切波都能发生衍射现象，只是有的明显，有的不明显。 (2)波的直线传播只是在衍射不明显时的近似。 (3)波长较长的波容易产生明显的衍射现象。 2．衍射现象与观察的矛盾 当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射现象不容易观察到。 　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，下列描述不正确的是(　　) 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 [解析]　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。 [答案]　D ●核心素养·思维升华 对波的衍射条件的理解 障碍物或孔的尺寸大小并不是决定衍射能否发生的条件，仅是衍射现象能否明显表现的条件。 3．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(　　) ①增大小孔尺寸　②减小小孔尺寸　③增大水波频率　④减小水波频率 A．①③　　　　　　　 B．①④ C．②③ D．②④ 解析　根据发生明显衍射的条件，可知本题中要使现象更明显，可采取：减小小孔尺寸或增大水波波长，或同时减小小孔尺寸、增大水波波长，所以选项①错误，②正确；改变频率对衍射现象好像没有影响，但题目的情景中是水波，介质已确定，由v＝λf知：若f改变了，λ也会改变，就会影响衍射发生的明显程度，因此欲增大波长，必须减小水波频率，故③错误，④正确。 答案　D 4．如图所示，正中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，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．阴影Ⅲ以外区域 解析　由题图中可直观看出，半波长为实虚两圆半径之差，且可看出挡板A的尺寸比波长大得多，而小孔B与波长长度差不多。据波发生明显衍射的条件知，该波在挡板A处的衍射现象很不明显，即可认为波沿直线传播，故Ⅰ区内水面无波形，故选项A、C、D不正确；该波的波长与小孔B差不多，能够发生明显的衍射，故在阴影区Ⅱ、Ⅲ之内明显存在衍射波的波形，故选项B正确。 答案　B [对应学生用书P81] 1．(声波的反射和折射)对于波长为100 m的声波，下列说法正确的是(　　) A．在同一介质中，比波长为20 m的声波传播快 B．在空气中的频率比在水中大 C．声波能发生折射，但折射后频率发生变化 D．声波能发生反射，但反射后波速不变 答案　D 2．(波的衍射)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，一定能使衍射现象更明显的措施是(　　) A．增大障碍物尺寸，同时增大波的频率 B．增大障碍物尺寸，同时减小波的频率 C．缩小障碍物尺寸，同时增大波的频率 D．缩小障碍物尺寸，同时减小波的频率 答案　D 3．(产生明显衍射现象的条件)以下关于波的衍射的说法正确的是(　　) A．波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射现象 B．当障碍物的尺寸比波长大得多时，衍射现象很明显 C．当孔的大小比波长小时，衍射现象很明显 D．只有当障碍物的尺寸与波长相差不多时，才会发生明显的衍射现象 答案　C 4．(波的反射)某人想听到自己发出的声音的回声，若已知声音在空气中的传播速度为340 m/s，那么他至少要离障碍物多远？(能够区分原声与回声的最短时间为0.1 s) 解析　在波的反射现象中，反射波的波长、频率和波速都跟入射波的相同。只有声波从人所站立的地方到障碍物再返回来全部经历的时间在0.1 s以上，才能辨别出回声。设障碍物至少和人相距为s，则应有2 s＝vt，可得：s＝＝ m＝17 m。 答案　17 m [对应学生用书作业(十五)P28] [基础训练] 1．关于波的衍射现象，下列说法中正确的是(　　) A．某些波在一定条件下才有衍射现象 B．不是所有的波在任何情况下都有衍射现象 C．一切波在一定条件下才有衍射现象 D．一切波在任何情况下都有衍射现象 解析　衍射现象是波在传播过程中所特有的特征，没有条件，故一切波在任何情况下都有衍射现象，只是有的明显，有的不明显，故D正确。 答案　D 2．一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，对水波通过孔后的假想情况的四幅图中，错误的有(　　) A．①③ B．①④　 C．②③　 D．②④ 解析　由发生明显衍射现象的条件知，波长不变，孔变小时衍射现象变明显，当孔不变、波长变大时衍射现象变明显。②④正确。 答案　D 3．下列现象属于声波反射现象的是(　　) A．隔着墙能听到房间外面有人讲话 B．音响设备制作时要考虑混合效应 C．隔着门缝能听到房外的人说话 D．在水里的人能听到岸上的声音 答案　B 4．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、波速均改变 C．波发生折射时，波的频率不变，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，在同一种介质中运动，因此波长、波速和频率不变；波发生折射时，频率不变，波速变，波长变。 答案　C 5．已知空气中的声速为340 m/s。现有几种声波：①周期为0.05 s，②频率为104 Hz，③波长为10 m。它们传播时若遇到宽约为13 m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 解析　①②③三种声波的波长分别为λ1＝340×0.05 m＝17 m，λ2＝0.034 m，λ3＝10 m，根据发生明显衍射现象的条件可知，①③两声波的波长与障碍物的尺寸差不多，能产生明显的衍射现象，故选项C正确。 答案　C 6．甲、乙两人平行站在一堵墙前面，二人相距2a，距离墙均为a，当甲开了一枪后，乙在时间t后听到第一声枪响，则乙听到第二声枪响的时间为(　　) A．听不到 B．甲开枪3t后 C．甲开枪2t后 D．甲开枪t后 解析　乙听到第一声枪响必然是甲放枪的声音直接传到乙的耳中，故t＝。甲、乙二人及墙的位置如图所示，乙听到第二声枪响必然是墙反射的枪声，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的耳中的时间t′＝＝2t。 答案　C 7．如图所示，S为波源，M、N是两块挡板，其中M板固定，N板可左右移动，两板中间有一狭缝，此时观察不到A点振动，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．增大波源的振幅 C．将波源S向左移 D．将N板向左移 解析　观察不到A点振动，说明衍射现象不明显，要使得衍射现象明显，狭缝的尺寸要和波长差不多或者比波长小些。因此可以减小波源的频率，增大波源的波长；或将N板向左移，减小狭缝的尺寸。故A、B、C错误，D正确。 答案　D 8．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　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。 答案　A [能力提升] 9．一列简谐横波在t＝0时的波形图如图所示。介质中x＝2 m处的质点P沿y轴正方向做简谐运动的表达式为y＝10sin (5πt) cm。关于这列简谐波，下列说法不正确的是(　　) A．周期为0.4 s B．传播方向沿x轴正向 C．传播速度为20 m/s D．该列波遇到直径为2 m的障碍物能发生明显的衍射现象 解析　由表达式可知，角速度5π rad/s，根据T＝＝0.4 s，A正确；质点P沿y轴正方向，根据波动方向传播和质点的振动方向关系，传播方向沿x轴正向，B正确；根据图像，波长为4 m，根据v＝＝10 m/s，C错误；根据发生明显衍射的条件，波长为4 m，该列波遇到直径为2 m的障碍物能发生明显的衍射现象，D正确。 答案　C 10．如图所示，实线是一列简谐横波在t1时刻的波形图，M是平衡位置距O点5 m的质点，虚线是t2＝(t1＋0.2) s时刻的波形图。下列说法中正确的是(　　) A．该波遇到长度为3米的障碍物时将会发生明显衍射现象 B．波速可能为20 m/s C．该波的周期可能为0.6 s D．若波速为35 m/s，该波一定沿着x轴正方向传播 解析　因该波的波长为λ＝4 m，则该波遇到长度为3米的障碍物时将会发生明显衍射现象，选项A正确；若波向右传播，则v＝ m/s＝(20n＋5) m/s，T＝＝ s(n＝0、1、2、3…)；若波向左传播，则v＝ m/s＝(20n＋15) m/s，T＝＝ s(n＝0、1、2、3…)；可知波速不可能为20 m/s，周期不可能为0.6 s，选项BC错误；由v＝(20n＋15) m/s可知，当n＝1时，v＝35 m/s，则若波速为35 m/s，该波一定沿着x轴负方向传播，选项D错误。 答案　A 11．一列简谐横波在同一介质中传播，图甲是某时刻的波形图，图乙是从该时刻起质点A的振动图像，下列说法正确的是(　　) A．从该时刻起，质点P将比质点Q先回到平衡位置 B．从该时刻起，再经过Δt＝1.2 s，P质点通过的路程为10 m C．若该波的频率变为2.5 Hz，则波速变为50 m/s D．若该波遇到尺寸为5 m的障碍物，能发生明显的衍射现象 解析　由A点的振动图像可知，t＝0时刻质点A向上振动，由波形图可知，波沿x轴负向传播，则P点向下振动，则从该时刻起，质点P将比质点Q后回到平衡位置，选项A错误；质点振动周期T＝0.8 s，而Δt＝1.2 s＝＝1.5T，则从该时刻起，再经过Δt＝1.2 s，P质点通过的路程为1.5×4A＝6A＝6×2 m＝12 m，选项B错误；该波的波速为v＝＝ m/s＝25 m/s，因为波速只与介质有关，与波的频率无关，则若该波的频率变为2.5 Hz，则波速仍为25 m/s，选项C错误；因该波的波长为20 m，则若该波遇到尺寸为5 m的障碍物，能发生明显的衍射现象，选项D正确。 答案　D 12．如图所示是一列简谐横波在t＝0时的波形图，此时PQ质点位移相同，若波的传播速度为2 m/s，此时质点P向上振动。下列说法错误的是(　　) A．质点P的振动周期为0.2 s，传播方向向x轴正方向 B．经过任意时间，质点Q和P的振动情况总是相同的 C．经过Δt＝0.4 s，质点P向右移动0.8 m D．该波遇到尺寸为0.5 m的障碍物时能发生明显衍射现象 解析　据题此时质点P向上振动，根据“上下坡法”可知波的传播方向沿x轴的正方向。由图知波长λ＝0.4 m，则周期为T＝＝ s＝0.2 s，故A正确。P、Q两质点相距一个波长，振动步调总是一致，振动情况总是相同，故B正确。质点P只在自己平稳位置附近上下振动，并不向右移动，故C错误。因为波长等于0.4 m，则该波遇到尺寸为0.5 m的障碍物时能发生明显衍射现象，故D正确。 答案　C 学科网（北京）股份有限公司 $