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

3　波的反射、折射和衍射 [学习目标] 1.通过观察实验及生活现象，知道机械波的反射和折射特点，掌握回声测距的方法(重点)。 2.通过构建光线物理模型的方法，分析解释有关反射、折射的现象(重点)。 3.通过实验，知道波的衍射现象和波产生明显衍射现象的条件(重难点)。 一、波的反射 1.反射现象 波遇到介质界面(如水波遇到挡板)时会返回原介质继续传播的现象。 2.反射规律 波的反射规律等同于光的反射规律，即反射线、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。 在波的反射现象中，反射波与入射波的频率相同吗？波长相同吗？ 答案　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；反射时波在同种介质中传播，波速相同，由v＝λf可知，波长也相同。 例1　听者A、声源B和障碍物C在一条直线上，如图所示。声源在听者和障碍物之间，距听者12 m，距障碍物24 m，若听者能将先后两次发声区别开的时间间隔是0.1 s。试通过计算，说明听者能否把原声和回声区别开来？已知声音在空气中的传播速度为340 m/s。 答案　能，理由见解析 解析　声音直接到达A的时间：t1＝ s 声音先到达障碍物C，然后到达A的时间： t2＝ s＝ s 时间差：Δt＝t2－t1＝() s≈0.14 s>0.1 s，所以听者能把原声和回声区别开来。 回声测距的三种情况 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，声波遇到障碍物经时间t返回，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远离静止的声源时，声波遇到障碍物经时间t返回，声源发声时障碍物到声源的距离为s＝(v声－v)·。 二、波的折射 1.波从一种介质传播进入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象。 2.水波的折射：一列水波在深度不同的水域传播时，在交界面处发生折射。 说明：水波在深水区传播速度大，在浅水区传播速度小。 3.一切波都会发生折射现象。 在波的折射现象中，折射波与入射波的频率相同吗？波长相同吗？ 答案　相同　不同 例2　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。 答案　(1)1 700 Hz　(2)1 020 m/s 解析　(1)声波在空气中传播时，由v＝λf 可得声波在空气中传播时的频率f＝ Hz＝1 700 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1 700 Hz。 (2)由v＝λf得声波在介质Ⅱ中的传播速度为v2＝λ2f＝0.6×1 700 m/s＝1 020 m/s。 波的反射和折射的比较 波的反射 波的折射 物理量决定因素 频率f 不变 不变 由波源决定 波速v 不变 改变 由介质决定 波长λ 不变 改变 与介质和波源有关 三、波的衍射 1.定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象。 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。 说明：若缝、孔尺寸太小，通过的波的能量较少，也不易观察到明显衍射现象。 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。 喇叭播放的音乐中，高音(频率大)和低音(频率小)的声波哪个更容易绕过高墙？ 答案　低音，因为声速相同，低音的频率小，波长长，在障碍物相同的情况下，低音更容易发生衍射现象，因此低音更容易绕过高墙。 例3　(2024·安徽省A10联盟高二期中)在水槽中放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况，保持狭缝的宽度不变，改变水波的波长，得到三幅照片如甲、乙、丙所示，对应的水波波长分别为λ1、λ2 、λ3，下列说法正确的是(　　) A.这是水波的反射现象 B.这是水波的折射现象 C.对应的波长关系为λ1>λ2>λ3 D.对应的波长关系为λ1<λ2<λ3 答案　C 解析　这是水波的衍射现象，A、B错误；随着波长的减小，当波长与狭缝宽度相比非常小时，水波将沿直线传播，衍射现象变得不明显，所以对应的波长关系为λ1>λ2>λ3，C正确，D错误。 例4　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尺寸明显大于波长，不会发生明显衍射现象，但仍会发生衍射现象，只是不明显，不易观察，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。 例5　小河中有一个实心桥墩P，A为靠近桥墩浮在水面上的一片树叶，俯视图如图所示，小河水面平静。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振动起来，可以采用的方法是(　　) A.提高拍打水面的频率 B.降低拍打水面的频率 C.无论怎样拍打，A都不会振动起来 D.保持拍打频率不变，略微加大拍打力度，A会振动起来 答案　B 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，提高拍打水面的频率，则质点振动的频率增加，波的频率与振动的频率相等；根据v＝λf，波速不变，频率增大，波长减小，衍射现象不明显，反之降低频率，波长增大，衍射现象更明显，故可降低拍打水面的频率，使衍射现象更明显。故选B。 学科网（北京）股份有限公司 $