3 第3节 波的反射、折射和衍射-【重难点手册】2026-2027学年高中物理选择性必修第一册（人教版）

重难点手册高中物理选择性必修第一册RJ 第3节 波的反射、折射和衍射 重点和难点 课标要求 重点：1.通过演示实验，观察波的反射现象，了解入 1.知道什么是波的反射现象，知道波的反射 射线和反射线的特点， 遵循的规律」 2.通过演示实验，观察波的折射现象，了解入 2.知道什么是波的折射现象，知道入射方向 射线和折射线的特点 和折射方向不共线。 3.通过演示实验，理解衍射的定义和产生明显衍 3.知道什么是波的衍射现象，了解发生明显 射的条件，知道波的衍射是波特有的现象 衍射现象的条件」 1111111BB11101111110111111011111111111111111111111111011111101113111113111111 必备知识梳理 11111111101001110111111111111111101110011110101111111011011111111111101101111111 基础梳理 知识点1 波的反射和折射 ◆敲黑板的 敲黑板⊙ 1.反射现象：波遇到介质界面会返回来继续传播的现象 1.波的折射中，波的频率不 变，波速和波长发生改变， 2.入射角和反射角 2.波发生折射的原因是波 (1)入射角：入射波的波线与界面 入射角！法线反射角 在不同介质中的传播速度不同， 入射波线 法线的夹角，如图中i: 反射波线 (2)反射角：反射波的波线与界面 7777777777777 法线的夹角，如图中' 划重点如 3.反射规律 波的反射、折射现象中 (1)入射线、法线、反射线在同一平面内. 各量的变化 (2)入射线与反射线分居法线两侧. 1.频率(f)由波源决定，故 (3)反射角等于入射角. 无论是反射波还是折射波，都与 (4)反射波与入射波的波长、频率、波速都相同 入射波的频率相等，即波源的振 4.折射现象：波从一种介质射人另一种 动频率相同。 入射角 2.波速()由介质决定，故 介质时，波的传播方向发生改变的现象，如图 反射波与入射波在同一介质中 所示，在折射现象中，入射角01和折射角02 传播，波速不变，折射波与入射波 的关系为01≠02 ◆划重点 在不同介质中传播，波速变化 知识点2波的衍射 折射角 3.由0=入f知，波长入与 波速和频率有关，反射波与入射 1.定义 波的频率相同、波速相同，故波 波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫作波的衍射.例如， 长相同；折射波与入射波在不同 我们看到水波通过两山之间的狭缝后，可以形成半圆形的水波绕 介质中传播，频率相同，波速不 同，故波长不同 过小山向外扩散 90 第三章机械波通 2.两种衍射现象 (1)波遇到障碍物的情况 水波槽中，在波源的前方放一障碍物，使波源振动产生水波， 当障碍物较大时波被阻挡，在靠近障碍物的后面没有波，只是在离 障碍物较远处，波才稍微有些绕到“影子”区域里，如图甲所示，虽 然发生了衍射，但不明显.当障碍物较小时发现波绕过障碍物继续 前进，如同障碍物不存在一样，如图乙所示，衍射现象明显， ☑ 甲 (2)波遇到小孔的情况 水波槽中，在波源前方放一有孔的屏，使波源振动产生水波， 当孔较大时发现水波经过孔后，在连接波源和孔的两边的直线所 限制的区域里传播，如图甲所示.当孔较小时发现孔后的整个区域 里传播着以孔为中心的圆形波，如图乙所示，衍射现象明显。 划重点奥 解决有关衍射现象的问题 时，应注意以下几，点： 1.一切波都能发生衍射现 象，但有的衍射现象明显，有的 不明显」 甲 2.牢记发生明显衍射现象 3.发生明显衍射的条件 ◆划重点为 的条件，即障碍物的尺寸跟波长 (1)条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多，或 差不多，或远小于波长。 者远小于波长时，才能观察到明显的衍射现象 3.抓住波的特点以及公式 (2)理解：①一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象.②波 v=入f等进行综合分析. 遇到障碍物或小孔发生衍射现象时，波的频率不发生改变， IiIIiIIIIIIIIiiI 关键能力提升 IIIIIIIIIIIIHIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII 题型（①利用波的反射计算距离 再求解」 利用回声测距是波的反射的一个重要应 (2)利用回声测距时，要特别注意声源是 用，它的特点是声源正对障碍物，声源发出的 否运动，若声源运动，声源发出的原声至障碍 声波与回声在同一条直线上传播！ 物再返回至声源的这段时间与声源的运动时 (1)若是一般情况下的反射，反射波和入 间相同. 射波是遵循反射定律的，可用反射定律作图后 (3)解决波的反射问题，关键是根据物理 91 :重难点手册高中物理选择性必修第一册RJ, 情境规范作出几何图形，然后利用几何知识结 挡板N可以上下移动.现在把M、N两块挡板 合物理规律进行解题， 中的空隙当作一个“小孔”做水波的衍射实验， 例①甲、乙两人平行站在一堵墙前面，二 出现了图示的图样，P点的水没有振动起来 人相距2a,距离墙均为√3a,当甲开了一枪后， 为了使挡板左边的振动传到P点，可以采用的 乙在时间t后听到第一声枪响，则乙听到第二 办法有( ). 声枪响的时间为( ). A.挡板N向上移动 A.听不到 Z B B.挡板N向下移动 B.甲开枪3t后 C.增大波的频率 C.甲开枪2t后 D.减小波的频率 D.甲开枪3十， 2t后 解析P处质点没有振动，说明波 甲 衍射不够明显，原因是M、N间的缝 -/3a 解析乙听到的第一声枪响 太宽或波长太小，因此若使P处质点振动，可采用N 必然是甲放枪的声音直接传到乙的耳中，故1=2@ 板上移，从而减小小孔的间距，或增大波的波长，即减 甲、乙二人及墙的位置如图所示，乙听到的第二声枪 小波的频率，故选A、D. 响必然是墙反射的枪声，由反射定律可知，波线如图 答案AD 中AC和CB,由几何关系可得AC=CB=2a,故第二 变式②（多选）如图是观察水面波衍射的 声枪响传到乙的耳中的时间为=AC+CB_4如 实验装置，AB和CD是两块挡板，BC是一个 孔，O是波源，图中已画出波源所在区域波的 2t,故C正确 答案C 传播情况，每两条相邻波纹（图中曲线）之间的 变式①在野外做引爆实验，距爆炸点较 距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情 远的地面站两次听到同一次爆炸的声音，先是 况，下列描述中正确的是( 从爆炸处直接传来，后是经空中云层反射而 来.设地面站离爆炸处104m,测得听到两次爆 炸声的时间间隔为10s,声速为330m/s,声波 从水平云层底面反射也遵循光的反射定律，则 A.此时能明显观察到波的衍射现象 云层离地高度为( ) B.挡板前后波纹间距相等 A.5.0×103m B.4.4×103m C.如果将孔BC扩大，有可能观察不到明 C.3.72×103m D.1.56×103m 显的衍射现象 题型2对波的衍射的理解 D.如果孔的大小不变，使波源频率增大， 例2（多选）如图所示，挡板M是固定的， 能更明显观察到衍射现象 92定，而驱动力的周期等于A摆的振动周期，则所有 做受迫振动的摆的周期都与A摆的周期相等，即4 个摆的振动周期都相等，故A、B错误，D正确；当受 迫振动的固有频率与驱动力频率相等时会发生共 振，振幅最大，而A、B的摆长相等，则B摆的固有 周期与A摆相同，即B摆的固有频率等于驱动力 频率，则B摆发生共振，振幅最大，故C错误。 [变式3]A【解析】根据共振发生的条件，受迫振 动的频率与物体的固有频率相等时，受迫振动的振 幅最大，显然是b钢片发生了共振，说明发动机的 转动频率为100Hz,故B、C错误；钢片a、d做受迫 振动，振动频率约为100Hz,故A正确，D错误. [变式4幻AD【解析】由题图可知，两单摆的固有频 率为，=，f么=2，解得T=子可知是 2,若题图为两单摆放在同一地点的两条共振曲 线根据T=2任可铅碧-敢A正箱，B错 误；若题图为摆长相同的两单摆在不同星球上的共 振前线，根据T=2:任，可得2- g2=,放C错误， D正确， 第三章机械波 第1节波的形成 [变式1]D【解析】只有振动形式在介质中传播才 形成机械波，故A错误；质点的振动频率都等于波 的频率，故B错误；波在传播过程中传播的是形式 和能量，质点不随波迁移，故C错误；后振动的质点 总是跟着先振动的质点重复振动，只是时间落后而 已，故D正确. [变式2]C【解析】绳波中质点的振动方向与波的 传播方向垂直，属于横波，不是纵波，故A错误；波 传到P点时，由同侧法可知P点的振动方向向上， 因为波源的起振方向与刚传到的质点的振动方向 相同，所以Q点的起振方向向上，故B错误；波源停 止振动后，已经传播出去的波不会立即消失，还会 继续传播，故C正确；在机械波传播过程中，质点只 在自己的平衡位置附近振动，不会随波迁移，所以 质点Q不可能运动到质点P的位置，故D错误. ,变式题参考答案 [变式3]AC【解析】由题图可知，t=t。时刻波源 完成半个全振动，向右传播半个波长，则该波的周 期为T=2t。,故A正确；41。处质点的振动方向与 O点的振动方向相反，故B错误；因t=to时刻质点 刚传到x=4L。处，此时该质点沿y轴负向振动，故 C正确；t=6t。时刻，波向前传播24l。,x=20l。处 的质点在平衡位置，位移为0，故D错误. 第2节波的描述 [变式1]BC【解析】因此时刻b波恰好传到x=一4m 处，此时该质点的振动方向沿y轴负方向，可知波 源的起振方向沿y轴负方向，故A错误；由题图可 知，x=一1m处的质点P在这段时间内的路程为s =6A=30cm,故B正确；两列波由同一振源发出， 则频率相等，则f。=f6,故两列波的周期相同，故C 正确；由题图可知，两列波的波长关系为入。=2λ。， 周期相同，则波速的关系为v。=2w6,根据x=t, 可知x。=2x6=8m,即此时刻a波恰好传到x= 8m处，故D错误 [变式2]AB【解析】由题图可知振幅A=2cm,位 于坐标原点的质点O在1s内运动了9cm的路程， 则有9cm=A+号A,所以质点0在1s内振动了 ,由于波形从实线变为虚线，在1=0时刻质点 O沿y轴负方向振动，根据上下坡法可知波沿x轴 正方向传播，故A正确；由A项分析知质点O在 1s内振动了，即1s-,解得T-号，故B 正确；波长入=6m,则波速为0==6.5m/s,故 C错误；因波沿x轴正方向传播，根据上下坡法可 知，t=1s时虚线上平衡位置为3m处的质点的速 度沿y轴正方向，故D错误. 第3节波的反射、折射和衍射 [变式1]B【解析】作出反射图如图所示，爆炸声在 地面传播的时间为，=三=10000 ,爆炸声在云 v330 层反射传播的时间为t2=t1十10s,爆炸声在云层反 射传括的距离为=，=30×(29g0+10)m 13300m,根据反射定律和几何知识可知该三角形 141 铺重难点手册高中物理选择性必修第一册RJ 为等腰三角形，其中腰长为11-之=6650m,底边 的一半为1：=2=50m,根据勾股定理可得三 角形的高为h=√J1?-l≈4400m,故选B. 云层 地面 [变式2]ABC【解析】从题图中可知波长和缝的宽 度差不多，当孔、缝的宽度与波长差不多或者比波 长还小时，就能够发生明显的衍射现象，故A正确； 由于同一列波的频率不变，而衍射前后波速相同， 故衍射前后波长相同，故B正确；如果将孔BC扩 大，有可能造成孔的宽度大于波的波长，而只有当 孔、缝的宽度与波长差不多或者比波长还小时，才 能够发生明显的衍射现象，故有可能观察不到明显 的衍射现象，故C正确；由于介质不变，故孔扩大前 后水波的波速相同，而波的频率增大后，波的波长 变短，而孔、缝的宽度不变时，波长越短，衍射越不 明显，故D错误 第4节波的千涉 [变式1]A【解析】根据题图可知，超声波在机翼 材料中的传播周期T=2×10-?s,由题意可知，波 速v=6300m/s,则超声波在机翼材料中的波长λ vT=1.26×10-3m,结合题图(b)和题图(c)可知， 两个反射信号传播到探头处的时间差△t=1.5× 106s,故两个反射信号的路程差2d=v△=9.45× 10-3m= 二号入，解得d=4.725×103m,且两个反 射信号在探头处振动减弱，A正确. [变式2]D【解析】由题图可知两列波的波长均为 8cm,由公式T=入解得两列波的周期均为T 1 8×103s,所以两列波的频率均为f-六=125H, 故A错误；根据图像可知，该时刻两列波在x= 2cm处是波峰与波谷叠加，可知该位置是振动减弱 点，则在x=2cm处质点的振幅为0，故B错误；根 据同侧法可知，t时刻x=1cm处质点在实线波形 中沿y轴负方向运动，x=1cm处质点在虚线波形 中也沿y轴负方向运动，可知该质点在实线与虚线 142 波形中不可能同时到达平衡位置，也不可能同时到 达波峰或者波谷位置，即该质点的位移O<s< 4cm,即x=1cm处质点振动的位移不可能为4cm, 故C错误；由于0.2s=25T,刚好是周期的整数倍， 所以在t十0.2s时刻，两列简谐波波形和图中波形 相同，此时x=4cm处质点振动的位移为0，故D 正确. [变式3]CD【解析】波源位于x=一0.2m处的波 源起振方向为y轴负方向，波源位于x=1.2m处 的波源起振方向为y轴正方向，起振方向相反，故 A错误；x=0.4m处的质点与两波源的波程差△x= |(0.2m+0.4m)-(1.2m-0.4m)|=0.2m= 令，可知工=0,4m处的质点为振动减弱点，放B错 误；由题图可知两列波的波长为λ=0.4m,周期为 T=人=2s,故C正确；从t=0时刻开始，右侧的 波传到x=0处的时间为，=△=0.80。 0.2s=4s, 所以4s内在x=0处质点的路程为51=2X4A= 32cm,之后两列波在x=0处相遇，x=0处的质点 与两波源的波程差△x=|(0.2m)一(1.2m)|= 1m= 加为振动减弱点，两列波的振幅相同。 始终在平衡位置，因此t=5s时，x=0处的质点运 动的总路程为s=s1=32cm,故D正确. 第四章光 第1节光的折射 变式D32)。 【解析】(1)作出完整的光路图如图所示，根据几何 关系可知9=∠B=30°，所以a=60°.因为a=0= 60°，所以B=Y,又B+Y=∠A=60°，解得B=Y= 30°，根据折射定律有n=-sin。=sin0 sin B siny,解得n=. A B (2)光在棱镜中的传播速度v 3 n 3c. [变式2](1)BC(2)0 2 (3)不变