第3章 第2节 波的反射和折射 第3节 波的干涉和衍射-【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册教用Word(鲁科版)

第2节　波的反射和折射　 第3节　波的干涉和衍射 1．知道波传播到两种介质的界面时发生反射和折射现象。　2.知道波的叠加原理和波的干涉现象。　3.理解形成稳定干涉图样的条件，知道波的干涉图样的特点。　4.知道波的衍射现象，理解发生明显衍射现象的条件。　 一、波的反射 1．波阵面和波线 (1)波阵面(或波面)：从波源发出的波，经过相同________________________________到达的各点所组成的面，如图所示。 波面和波线 (2)波线：用来表示波的____________的线，波线与各个波面总是____________的。 2．波的分类 (1)球面波：波面是____________________的波。如空气中的声波。 (2)平面波：波面是____________________的波。如水波。 3．波的反射 (1)反射现象：波从一种介质传播到另一种介质表面时，____________原来介质传播的现象。 (2)反射定律：反射波的波线、入射波的波线和法线在同一平面内，反射波的波线和入射波的波线分别位于法线两侧，反射角________________________入射角。 二、波的折射 1．折射现象 波在传播过程中，由一种介质进入另一种介质时，____________发生偏折的现象。 2．折射定律 ＝，式中v1和v2分别是波在____________和____________中的波速。 三、波的叠加原理 1．波的独立传播特性：几列波在介质中传播，相遇后仍能保持各自原有的运动特征(波长、频率、振幅等)____________并继续传播，就像没有与其他波相遇过一样。 2．波的叠加原理：在相遇的区域里，介质中的质点同时参加相遇的波列的振动，质点的位移等于相遇波列单独存在时在该处引起的位移的____________________。 四、波的干涉现象 1．定义：振动频率和振动方向相同的两列波叠加后，振动加强和振动减弱的区域互相____________、稳定分布的现象。 2．两列波产生稳定干涉的条件 (1)两列波的______________必须相同。 (2)两个波源的________________相同。 五、波的衍射现象 1．定义：波绕过______________________或通过孔隙继续传播的现象。 2．发生明显衍射现象的条件 障碍物或狭缝的尺寸跟波长____________，或者比波长____________。 3．波的干涉和衍射都是波所特有的现象。 判断下列说法是否正确。 (1)折射波的频率、波速与入射波的相同。(　　) (2)两列波相叠加就能形成稳定的干涉图样。(　　) (3)两列波发生干涉时，振动加强的位置和减弱的位置是不变的。(　　) (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。(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)√　(4)× [答案自填] 传播时间　传播方向　垂直　球面　平面　返回　等于　传播方向　介质Ⅰ　介质Ⅱ　不变　矢量和　间隔　频率　振动方向　障碍物　相差不大　更小 知识点一　波的反射和折射 1．如图1所示，我们在山中、在大的空房间里大声说话时，都会听到回声，这属于波的什么现象？　 　　 2．如图2所示，当波从介质Ⅰ传播到两介质的交界面时，返回介质Ⅰ的波和进入介质Ⅱ的波的频率变化吗？波长变化吗？ [提示]　1.波的反射。 2．返回介质Ⅰ时波的频率和波长均不变，进入介质Ⅱ时波的频率不变，波速变化，由v＝λf得，波长变化。 1．波的反射和折射的比较 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 2.说明 (1)频率f由波源决定。 (2)波速v由介质决定。因为折射波与入射波在不同的介质中传播，所以波速发生变化。 (3)据v＝λf知，波长λ与波速v及频率f有关，即与介质和波源有关。 (2024·山东济南月考)下列现象不是由声音的反射形成的是(　　) A．夏天下雨时，我们总是先看到闪电，后听到雷声 B．北京天坛的回音壁的回音现象 C．同样的声音在房间里比在旷野里听起来响亮些 D．在火车站候车大厅中，我们有时听不清播音员的声音 [解析]　先看到闪电，后听到雷声是由于光比声音传播速度快，不是声音的反射，故A符合题意；北京天坛的回音壁的回音现象属于声音的反射，故B不符合题意；同样的声音在房间里比在旷野里听起来响亮些，描述的是声音的反射现象，故C不符合题意；在火车站候车大厅中，我们有时听不清播音员的声音，是声音的反射造成的，故D不符合题意。 [答案]　A (多选)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，在同一种介质中传播，频率、波长和波速均不变，A错误，B正确；波发生折射时，从一种介质传播到另一种介质，波速发生变化，波的频率由波源决定，所以波的频率不变，由公式v＝λf可知，波长发生变化，C正确，D错误。 [答案]　BC 一列声波在介质Ⅰ中的波长为0.2 m，当该声波从介质Ⅰ中以某一角度传入介质Ⅱ中时，波长变为0.6 m，如图所示，设介质Ⅰ中的声速是340 m/s。 (1)求该声波在介质Ⅱ中传播时的频率。 (2)求该声波在介质Ⅱ中传播的速度。 (3)若声波垂直进入介质Ⅱ，经0.4 s返回介质Ⅰ，则介质Ⅱ的深度为多少？ [解析]　(1)声波在介质Ⅰ中传播时，由v＝λf 可得声波在介质Ⅰ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。 (3)声波经＝0.2 s传至介质Ⅱ底部，故介质Ⅱ的深度h＝v2·＝1 020×0.2 m＝204 m。 [答案]　(1)1 700 Hz　(2)1 020 m/s　(3)204 m 知识点二　波的叠加 1．波的叠加 波的叠加原理是波具有独立传播特性的必然结果，由于总位移是两个位移的矢量和，所以叠加区域的质点的位移可能增大，也可能减小。 (1)两列波的叠加，(如图甲所示)振动加强，振幅增大。 (2)两列波的叠加，(如图乙所示)振动减弱，振幅减小。 2．叠加原理 几列不同波源产生的波，当它们在同一介质里传播时，在相遇处各质点的位移等于各列波单独存在时在该点所引起的位移的矢量和。叠加原理适用于一切波。 3．说明 波的叠加是无条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加。 (2024·辽宁阜新市第二中学月考)波源甲、乙分别在一根水平放置的绳的左右两端，两波源发出的波在绳中的传播速度均是1 m/s，在t＝0时刻绳上的波形如图中(a)所示，则根据波的叠加原理，以下叙述正确的是(　　) A．当t＝2 s时，波形如图①所示，当t＝4 s时，波形如图②所示 B．当t＝2 s时，波形如图①所示，当t＝4 s时，波形如图③所示 C．当t＝2 s时，波形如图②所示，当t＝4 s时，波形如图①所示 D．当t＝2 s时，波形如图②所示，当t＝4 s时，波形如图③所示 [解析]　根据波的叠加原理，由于波速v＝1 m/s，因此在t＝2 s时，两列波都传到2、3之间，叠加后各质点位移为0，如题图②所示；两列波传播时互不干扰，因此t＝4 s时，都传到了对方一侧，如题图③所示，因此D正确，A、B、C错误。 [答案]　D 知识点三　波的干涉 1．发生干涉的条件 (1)两列波的频率相同；(2)相位差恒定。 说明：频率相同，振动方向相同，相位差恒定的两列波是相干波。发出相干波的波源称为相干波源。 2．产生稳定干涉图样的两列波的振幅越接近，干涉图样越明显。 3．干涉图样及其特征 (1)干涉图样。 (2)特征 ①加强区和减弱区的位置固定不变。 ②加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化)。 ③加强区与减弱区互相间隔。 4．振动加强或减弱的判定方法 (1)条件判断法 振动频率相同、振动步调完全相同的两波源的波叠加时，设某点到两波源的距离差为Δr。 ①当Δr＝k·λ(k＝0，1，2…)时为振动加强点； ②当Δr＝·λ(k＝0，1，2…)时为振动减弱点。 若两波源振动步调相反，则上述结论相反。 (2)现象判断法 若某点总是波峰与波峰(或波谷与波谷)相遇，该点为加强点；若某点总是波峰与波谷相遇，则为减弱点。若某点是平衡位置和平衡位置相遇，则让两列波再传播T，看该点是波峰和波峰(波谷与波谷)相遇，还是波峰和波谷相遇，从而判断该点是加强点还是减弱点。 角度1　振动加强区和减弱区的理解 两列相干波在空间相遇，以下说法正确的是(　　) A．动加强区域内的介质质点的位移始终最大 B．振动减弱区域内的介质质点的振幅随时间变化 C.振动加强区域内的介质质点某时刻可以处于平衡位置 D．振动加强区域内的介质质点，在任何时刻一定比振动减弱区域内的介质质点位移大 [解析]　振动加强点也在做简谐运动，只是振幅变大了，某个时刻可能在平衡位置，位移为零，故A错误，C正确；振动减弱区域内的介质质点的振幅是固定的，故B错误；振动加强区域内的介质质点的振幅比振动减弱区域内的介质质点的振幅大，但不是任何时刻的位移都比振动减弱区域内的介质质点位移大，故D错误。 [答案]　C 角度2　波的干涉现象的分析 波源S1和S2振动方向相同，频率均为4 Hz，分别置于均匀介质中的A、B两点，AB＝1.2 m，如图所示。两波源产生的简谐横波沿直线AB相向传播，波速为4 m/s。已知两波源振动的初始相位相同，求A、B间合振动振幅最小的点的位置。 [解析]　根据公式v＝λf可求出波长λ＝1 m，假设振幅最小的点P到A点距离为x，则P到两波源的波程差Δx＝|x－(1.2－x)|＝(2n＋1)，其中n为整数且0<x<1.2 m，可得x＝0.35 m或0.85 m。 [答案]　距A点分别为0.35 m、0.85 m的两处位置 知识点四　对波的衍射现象的理解 1．只有当障碍物或狭缝的尺寸跟波长相差不多时，才能发生波的衍射现象吗？ 2．是否孔的尺寸越小，衍射现象越容易观察？　 [提示]　1.障碍物或狭缝的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是发生明显衍射的条件。衍射是波特有的现象，一切波都会发生衍射现象。 2．不是。当孔的尺寸非常小时，衍射波的能量很弱，实际上很难观察到波的衍射。 1．衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射。凡是能发生衍射现象的都是波。 2．波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异。波长较长的波容易发生明显的衍射现象。 3．波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛成为一个新的波源，由它发出与原来同频率的波在孔(障碍物)后传播，波就偏离了直线方向。因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况。 (2024·江苏射阳中学期中)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、丙三幅图片中，波长分别是狭缝宽度的、、，如图所示，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 [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，任何波都能发生衍射现象，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。 [答案]　D (2024·江苏南京统考期中)如图所示，P为桥墩，A为靠近桥墩浮在水面的树叶，波源S连续振动形成水波，此时树叶几乎不动。为使水波能带动树叶明显振动，可采用的方法是(　　) A．减小波源的振幅 B．减小波源到桥墩的距离 C．增大波源的频率 D．减小波源的频率 [解析]　根据题意，为使水波能带动树叶明显振动，即发生明显衍射现象，应减小障碍物的尺寸或者增大波长，根据λ＝可知，减小波源的频率，波长增大，故C错误，D正确；减小波源的振幅，减小波源到桥墩的距离对波长无影响，故A、B错误。 [答案]　D 1．(波的反射和折射)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、波长均相等 D．3与1的频率相等，波速、波长均不等 解析：选D。波发生反射时，在同一种介质中传播，因此波长、波速和频率不变，A、B错误；波发生折射时，频率不变，波速变，波长变，故C错误，D正确。 2．(波的叠加)(多选)从一条弦线的两端，各发出一列如图所示的脉冲横波，它们均沿弦线传播，速度相等，传播方向相反，在它们传播过程中，可能出现的波形是下图中(　　) 解析：选ABD。两列波相遇前，各自保持自己的波形不变，A图是可能的；两列波完全重叠时，波峰与波峰相遇、波谷与波谷相遇，振幅增大，则B图是可能的；两列波相遇之后，保持各自的性质不变，当左波的波谷与右波的波峰相遇时，振动完全抵消，未相遇的部分波形不变，则C图不可能，D图可能。故C错误，A、B、D正确。 3．(波的干涉)(多选)(2024·广东深圳统考期末)波的干涉在生活中屡见不鲜，如薄膜干涉、水波的干涉等。如图甲所示，在某种介质中有两个振动方向始终相同的波源S1、S2，振幅均为1 cm。两列波在M点处叠加时M点的振动图像如图乙所示，则(　　) A．两波源振动频率相同 B．M点为振动减弱点 C.两列波的传播周期均为0.2 s D．t＝0.1 s时，一列波的波峰与另一列波的波谷在M点相互叠加 解析：选AC。由题图乙可知M点的振幅为两列波的振幅之和，可知M点发生干涉，且为振动加强点，因此两波源的振动频率相同，周期也相同，由题图乙可知皆为0.2 s，故A、C正确，B错误；因为M点为振动加强点，因此t＝0.1 s时为两列波在平衡位置相互叠加，使得M点处于平衡位置，故D错误。 4．(波的衍射)(2024·江苏南通统考期中)如图所示，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作一个“小孔”做水波的衍射实验，出现了图示中的图样，P点的水没有振动起来。为了使挡板左边的振动传到P点，下列操作可行的是 (　　) A．撤去N板　　　　　　 B．N板向上移动 C．增大波源振动的频率 D．增大波源振动的幅度 解析：选B。P处质点没有振动，说明P点波没有明显衍射过去，原因是MN间的缝太宽或波长太小，因此若要使P处质点振动，可上移N板减小小孔的间距或增大波的波长即减小频率。 学科网（北京）股份有限公司 $