资源简介

3．波的反射、折射和衍射
[学习目标]　1．知道波的反射、折射和衍射现象，知道明显衍射的条件。2．理解波的反射定律和折射定律，能进行简单计算。3．经历探究波的明显衍射现象条件的过程。4．利用波的几种现象实例培养观察、分析和归纳的习惯。
[教用·问题初探]——通过让学生回答问题来了解预习教材的情况
问题1　水波的反射跟光的反射满足同样的规律吗？反射角等于入射角吗？
问题2　一列声波从空气进入水中，已知水中声速较大，则声波频率和波长如何变化？
问题3　只有障碍物或缝的尺寸跟波长差不多或者比波长更小时，才能发生衍射现象，这句话对吗？
　波的反射和折射
1．波的反射
(1)波的反射：波传播过程中遇到介质界面会返回原介质继续传播的现象。
(2)反射波的波长、波速、频率跟入射波的相同。
(3)波的反射定律：反射线、入射线和法线在同一平面内，反射线和入射线分别位于法线两侧，反射角等于入射角。如图所示。
2．波的折射
(1)波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象。
(2)波的折射中，波的频率不变，波速和波长发生改变。
提醒：波在两种介质的界面上发生折射的原因是波在不同介质中的传播速度不同。对于入射角为零的特殊现象，折射角也为零，即波沿原方向传播，但介质发生了变化，其波长和波速也相应发生变化。
【思考讨论】　观察如下两幅示意图。
问题1　在波的反射中，反射波与入射波的频率相同吗？波长相同吗？
提示：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；反射现象是在同种介质中传播，波速相同，由v＝λf可知，波长也相同。
问题2　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？
提示：在波的折射现象中，波从一种介质进入另一种介质，频率不变，由于介质不同，故波速不同，由λ＝可知，波长也不同。
问题3　波在发生折射过程中，方向一定改变吗？
提示：不一定。入射角等于0°时，波沿原方向传播。
【知识归纳】
波的反射、折射现象中各量的变化
1．波向前传播到两种介质的界面上时会同时发生反射现象和折射现象，一些相关物理量变化如表所示：
比较项目 波的反射 波的折射
传播方向 改变i＝i′ 改变r≠i
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，故无论是反射波的频率还是折射波的频率都等于入射波的频率。
(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；折射波与入射波在不同介质中传播，波速变化。
(3)根据v＝λf，波长λ与v及f有关，即与介质和波源有关，反射波与入射波在同一介质中，波速相同、频率相同，故波长相同；折射波与入射波在不同介质中传播，波速不同，频率相同，故波长不同。
【典例1】　(对波的反射和折射的理解)如图所示，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
D　[波1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，A、B错；波1、3在两种不同介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由λ＝得波长不同，C错，D对。]
【典例2】　(波的反射的应用)甲、乙两人站在一堵墙前面，两人相距2a，距墙均为a。当甲开了一枪后，乙在t时间后听到第一声枪响，则乙在什么时候能听到第二声枪响(假设距离足够大)(　　)
A．甲开枪后4t时间　　 B．甲开枪后3t时间
C．甲开枪后2t时间 　 D．甲开枪后t时间
思路点拨：根据反射定律画出声波传播的示意图，再用速度公式求时间。
C　[乙听到的第一声枪响必然是甲开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，乙听到的第二声枪响必然是经墙反射传来的枪声，由反射定律可知，波线如图中AC和CB，由几何关系可知＝2a，故第二声枪响传到乙耳中的时间为t′＝＝2t。故选C。]
【典例3】　(波的折射)如图所示是声波由介质Ⅰ进入介质Ⅱ的折射情况，由图判断下列说法正确的是(　　)
A．入射角大于折射角，声波在介质Ⅰ中的波速大于它在介质Ⅱ中的波速
B．入射角大于折射角，Ⅰ可能是空气，Ⅱ可能是水
C．入射角小于折射角，Ⅰ可能是钢铁，Ⅱ可能是空气
D．介质Ⅰ中波速v1与介质Ⅱ中波速v2满足
A　[题图中MN为两种介质的界面，虚线为法线，θ1为入射角，θ2为折射角，由题图可直接看出入射角大于折射角(θ1>θ2)，C错误；根据折射规律有>1，所以v1>v2，通常声波在液体、固体中的传播速度大于在气体中的传播速度，B、D错误，A正确。]
　处理波的折射问题的三点技巧
(1)弄清折射现象发生的条件：当波从一种介质斜射入另一种介质时，才发生折射(当波垂直界面入射时不发生折射现象)。
(2)抓住折射波与入射波的区别与联系：波的频率相同，波速不同，波长不同。
(3)计算时，注意公式中角度与速度的对应；另外，可结合v＝λf及频率不变的特点，将公式转化为波长与角度的关系，解决有关波长的问题。
　波的衍射
【链接教材】　如人教版教材P72图3.3-3所示，波长一定的水波通过宽度不同的狭缝，观察水波的传播情况。
问题　水波遇到狭缝时，会观察到什么现象？依次减小狭缝尺寸，观察到的现象有什么变化？
提示：水波遇到狭缝时，水波能穿过狭缝，并能到达挡板后面的“阴影区”，狭缝的宽度减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显。
【知识梳理】　
1．定义：波绕过障碍物继续传播的现象。
2．发生明显衍射的条件：障碍物或狭缝的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小。
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。
提醒：(1)衍射是波特有的现象，凡是能发生衍射现象的都是波。
(2)一切波都能发生衍射现象，只是有的明显，有的不明显，波发生衍射时，波长、频率和波速均不变，由于有能量损失，振幅减小。
【思考讨论】　操场上的喇叭正在播放音乐，有高音也有低音。走到离操场不远的教学楼后面，听到喇叭播放的音乐声有所减弱。
问题　是高音还是低音减弱得明显一些？为什么？
提示：高音减弱得较明显，声波在空气中传播的速度一定，高音的频率较高，则波长较短，低音频率较低，波长较长，在绕过教学楼时，高音部分的声波发生的衍射现象不如低音部分的声波发生的衍射现象明显，则高音减弱得较明显。
【知识归纳】
1．波的衍射现象的本质
波传到小孔(或障碍物)时，小孔(或障碍物)仿佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波(称为子波)，在孔(或障碍物)后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象。波的直线传播是衍射不明显时的近似情形。
2．产生明显衍射的条件
障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小。
【典例4】　(波的衍射现象及规律)在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况，图1是保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观察水波的传播变化情况；图2是实验时拍摄波长不同的水波通过宽度一定的狭缝的照片，在甲、乙、丙三幅照片中，波长分别是狭缝宽度的、、，对比这三张照片观察衍射现象与波长、狭缝宽度的关系。该实验现象表明(　　)
A．只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸比波长小，才能观察到明显的衍射现象
B．只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小，才能观察到明显的衍射现象
C．由图2中丙图可以得出，波长比狭缝短太多就不会发生衍射现象
D．由图1中甲图可以看出，狭缝宽度再增加就不会发生衍射现象
B　[由题图1可知，波长一定时，狭缝越窄，衍射现象越明显；由题图2可知，狭缝一定时，波长越长，衍射现象越明显。则只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小，才能观察到明显的衍射现象，A错误，B正确；由题图2中丙图可以得出，波长比狭缝小太多同样会发生衍射现象，只是衍射现象不明显，C错误；由题图1中甲图可以看出，狭缝宽度再增加也会发生衍射现象，只是衍射现象不明显，D错误。]
1．(多选)下列现象中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．夏日的雷声有时轰鸣不绝
D．在水里的人能听到岸上的声音
BC　[反射现象中波仍在同一介质中传播，音响的混合效应、雷声轰鸣不绝都属于反射现象，因此B、C正确；波在不同介质中传播是折射现象，D错误；A项所述是衍射现象。]
2．如图所示是一列机械波从介质1进入介质2发生的现象，已知波在介质1中的波长为λ1，入射波与界面的夹角为30°，波在介质2中的波长为λ2，折射波与法线的夹角为45°，则λ1∶λ2为(　　)
A．1∶　 B．∶1
C．∶ 　 D．∶
C　[由题图可知，入射角i＝60°，折射角r＝45°，由波的折射定律可知，又v1＝λ1f，v2＝λ2f，则λ1∶λ2＝v1∶v2＝∶，故C选项正确。]
3．如图所示，O是水面上一波源，实线和虚线分别表示某时刻的波峰和波谷，A是挡板，B是小孔。若不考虑波的反射因素，则经过足够长的时间后，水面上的波将分布于(　　)
A．整个区域
B．阴影Ⅰ以外区域
C．阴影Ⅱ以外区域
D．阴影Ⅱ和Ⅲ以外的区域
B　[水波在传播过程中遇到了挡板A和小孔B，相比而言小孔B的尺寸与波长差不多，所以水波经过B后能发生明显的衍射现象，但A挡板的尺寸较大，所以水波经过A后不能发生明显的衍射现象，所以水面上的波分布于阴影Ⅰ以外的区域，选项B正确。]
回归本节知识，完成以下问题：
1．波在两种介质的界面处能否同时发生折射和反射现象？
提示：能。
2．在波的反射和折射现象中频率是否发生变化？
提示：不变。
3．发生明显的衍射现象的条件是什么？
提示：波长大于障碍物或小孔的尺寸(或相差不多)。
课时分层作业(十三)　波的反射、折射和衍射
?题组一　波的反射和折射
1．(源自鲁科版教材改编)(多选)下列说法正确的是(　　)
A．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，利用了波的反射原理
B．隐形飞机的表面涂上特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的
C．雷声轰鸣不绝是声波的衍射形成的
D．水波从深水区传到浅水区时传播方向发生改变的现象，是波的折射现象
ABD　[潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，是利用了波的反射原理，A正确；隐形飞机的表面涂上特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的，B正确；雷声轰鸣不绝是声波在云层之间的多次反射造成的，故C错误；水波从深水区传到浅水区时传播方向发生变化，这是波的折射现象，故D正确。]
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，波速大小变小，波长变短
B．波发生反射时，波的频率、波长、波速大小均不变
C．波发生折射时，波的频率、波长、波速大小均发生变化
D．波发生折射时，波的频率发生改变，但波长、波速大小不变
B　[波发生反射时，波在同一种介质中传播，波的频率、波长、波速大小均不变，故A错误，B正确；波发生折射时，波速发生变化，波的频率由波源决定，则波的频率不变，波长发生变化，故C、D错误。故选B。]
3．声波从介质Ⅰ进入介质Ⅱ的折射情况如图所示，由图判断下面的说法正确的是(　　)
A．若i>r，则声波在介质Ⅰ中的传播速度小于声波在介质Ⅱ中的传播速度
B．若i>r，则Ⅰ可能是空气，Ⅱ可能是水
C．若i>r，则Ⅰ可能是钢铁，Ⅱ可能是空气
D．在介质Ⅰ中的传播速度v1与在介质Ⅱ中的传播速度v2满足
C　[根据折射规律可得，若i>r，则v1>v2，故A、D错误；又因声波在钢铁中的传播速度比在空气中的快，声波在空气中的传播速度比在水中的慢，故B错误，C正确。]
4．声波在空气中的传播速度为340 m/s，在钢铁中的传播速度为4 900 m/s。一平直桥由钢铁制成，某同学用锤子敲击一下桥的一端发出声音，分别经空气和桥传到另一端的时间之差为1.00 s，则桥的长度为________m。若该声波在空气中的波长为λ，则它在钢铁中的波长为λ的________倍。
[解析]　设桥的长度为l，则根据题意有＝1.00 s，解得l≈365 m。由于声波的频率不变，由λ＝可知＝，得λ铁＝λ。
[答案]　365　
?题组二　波的衍射
5．(多选)如图所示为水波的衍射现象，S为波源，d为挡板间狭缝的宽度，相邻弧线间距为一个波长，其中符合事实的是(　　)
A　　　　B　　　　C　　　　D
BC　[选项A、B中狭缝宽度大于波长，衍射现象不明显，挡板会阻碍波的传播，故A不符合事实，B符合事实；选项C、D中狭缝宽度小于波长，衍射现象明显，但穿过狭缝后波速和频率不变，波长应不变，故C符合事实，D不符合事实。]
6．如图所示，挡板M固定，挡板N可自由移动，将M、N两挡板间空隙当做一个“小孔”做水波的衍射实验，出现了图示中的图样。实验中观测到P点水面没有振动，为了使P点处能发生振动，可采用的办法是(　　)
A．增大波源的频率
B．减小波源的周期
C．将N板水平向左移动一些
D．将N板水平向上移动一些
D　[P点的水没有振动起来，说明在P点，波没有明显衍射过去，原因是M、N间的缝太宽或波长太小，因此若想使P点的水振动起来，可以将N板上移，减小两挡板的间距；也可以增大水波的波长，由λ＝＝vT可知，可以减小波源的频率或者增大波源的周期。故选D。]
7．如图所示是利用水波槽观察到的水波衍射图像，从图像可知(　　)
A．B侧水波是衍射波
B．A侧波速与B侧波速相等
C．减小挡板间距离，衍射波的波长将减小
D．增大挡板间距离，衍射现象更明显
B　[B侧水波在传播过程中遇到带有窄缝的挡板后发生衍射，则A侧水波是衍射波，故A错误；同种机械波在相同介质中的传播速度相同，故B正确；减小挡板间距离，衍射现象会更明显，但是衍射波的波速不变，频率不变，故波长不变，故C错误；因为只有当挡板间距离跟波长差不多或者比波长更小时，衍射现象才明显，所以当增大挡板间距离时，衍射现象会更不明显，故D错误。]
8．在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN，墙的一侧O点有一个正在播放男女声合唱歌曲的声源。某人从图中A点走到墙后的B点，在此过程中，如果从声波的衍射来考虑，则会听到(　　)
A．声音变响，男声比女声更响
B．声音变响，女声比男声更响
C．声音变弱，男声比女声更弱
D．声音变弱，女声比男声更弱
D　[声波在空气中传播时遇到较高大的墙一部分波被反射，一部分波发生衍射，故声音变弱，但波速不变，低频部分的波的波长较长，高频部分的波的波长较短，在绕过较高大的墙时，高频部分的波发生衍射的衍射现象不如低频部分的波发生的衍射现象明显，故高音部分减弱得较为明显，所以女声比男声更弱，故D正确。]
9．(多选)如图所示，这是波源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，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
AD　[观察题图，孔B和障碍物C尺寸明显大于波长，不会发生明显的衍射现象，但仍然有衍射现象，只是不明显，不易观察；孔A和障碍物D尺寸小于或接近波长，会发生明显的衍射现象，故A、D正确，B、C错误。]
10．测速仪安装有超声波发射和接收装置，如图所示，B为测速仪，A为汽车，两者相距335 m。某时刻B发出超声波，同时A由静止开始做匀加速直线运动。当B接收到反射回来的超声波信号时A、B相距355 m，已知声速为340 m/s，则下列说法正确的是(　　)
A．经1 s，B接收到返回的超声波
B．超声波追上A时，A前进了10 m
C．A的加速度的大小为10 m/s2
D．A的加速度的大小为5 m/s2
C　[从B发出超声波到接收到超声波过程中，汽车A的运动情况如图所示：
B发出超声波时，A在C位置，小车反射超声波时，A在D位置，B接收到超声波时，A在E位置，经分析可知tCD＝tDE，xCE＝20 m，由运动学规律得xCD∶xDE＝1∶3，所以xCD＝5 m，xDE＝15 m，tCD＝ s＝1 s，可见B接收到返回的超声波需2 s；对汽车A有Δx＝，解得a＝10 m/s2。由以上可知只有选项C正确。]
11．平静的湖面有相距为1 m的两个小木块A、B，距小木块A左侧3 m处有一波源在t＝0时刻开始向上振动，经4 s小木块A第一次达到波峰，再经3 s小木块B第一次达到波谷，波源和小木块A、B在一条直线上。
(1)求这列横波的周期和波速；
(2)求这列横波的波长；
(3)若此波在传播过程中遇到一根竖立的芦苇杆，是否会发生明显的衍射现象。
[解析]　(1)令x1＝3 m，x2＝1 m，波速为v，周期为T，由题意有
t1＝＝4 s，t2＝T＝7 s
解得T＝4 s，v＝1 m/s。
(2)该横波波长为λ＝vT＝4 m。
(3)由于λ＝4 m大于竖立芦苇杆的直径，所以当波通过竖立的芦苇杆时会发生明显的衍射现象。
[答案]　(1)4 s　1 m/s　(2)4 m　(3)会发生明显的衍射现象
12．甲、乙两人分乘两只小船在湖中钓鱼，两船相距24 m。有一列水波在湖面上传播，使每只船每分钟上下浮动20次，当甲船位于波峰时，乙船位于波谷，这时两船之间还有5个波峰。
(1)此水波的波长为多少？波速为多少？
(2)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？
(3)若该波经过一跨度为30 m的桥洞，桥墩直径为3 m，桥墩处能否看到明显的衍射现象？若该桥为一3 m宽的涵洞，洞后能否发生明显的衍射现象？
[解析]　(1)由题意知周期T＝ s＝3 s
设波长为λ，则
5λ＋＝24 m，λ＝ m
由v＝得
v＝ m/s＝ m/s。
(2)由于λ＝ m，大于竖立电线杆的直径，所以此波通过竖立的电线杆时会发生明显的衍射现象。
(3)由于λ＝ m>3 m，所以此波无论是通过直径为3 m的桥墩，还是通过宽为3 m的涵洞，都能发生明显的衍射现象。
[答案]　(1) m　 m/s　(2)会发生明显的衍射现象　(3)能看到明显的衍射现象　能发生明显衍射现象
21世纪教育网(www.21cnjy.com)3．波的反射、折射和衍射
[学习目标]　1．知道波的反射、折射和衍射现象，知道明显衍射的条件。2．理解波的反射定律和折射定律，能进行简单计算。3．经历探究波的明显衍射现象条件的过程。4．利用波的几种现象实例培养观察、分析和归纳的习惯。
　波的反射和折射
1．波的反射
(1)波的反射：波传播过程中遇到介质界面会____原介质继续传播的现象。
(2)反射波的____、____、频率跟入射波的相同。
(3)波的反射定律：反射线、入射线和法线在同一平面内，反射线和入射线分别位于法线两侧，反射角____入射角。如图所示。
2．波的折射
(1)波的折射：波从一种介质____另一种介质时，波的________发生改变的现象。
(2)波的折射中，波的____不变，波速和波长发生改变。
提醒：波在两种介质的界面上发生折射的原因是波在不同介质中的传播速度不同。对于入射角为零的特殊现象，折射角也为零，即波沿原方向传播，但介质发生了变化，其波长和波速也相应发生变化。
【思考讨论】　观察如下两幅示意图。
问题1　在波的反射中，反射波与入射波的频率相同吗？波长相同吗？
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
问题2　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？
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
问题3　波在发生折射过程中，方向一定改变吗？
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
【知识归纳】
波的反射、折射现象中各量的变化
1．波向前传播到两种介质的界面上时会同时发生反射现象和折射现象，一些相关物理量变化如表所示：
比较项目 波的反射 波的折射
传播方向 改变i＝i′ 改变r≠i
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，故无论是反射波的频率还是折射波的频率都等于入射波的频率。
(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；折射波与入射波在不同介质中传播，波速变化。
(3)根据v＝λf，波长λ与v及f有关，即与介质和波源有关，反射波与入射波在同一介质中，波速相同、频率相同，故波长相同；折射波与入射波在不同介质中传播，波速不同，频率相同，故波长不同。
【典例1】　(对波的反射和折射的理解)如图所示，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
[听课记录]　_________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
【典例2】　(波的反射的应用)甲、乙两人站在一堵墙前面，两人相距2a，距墙均为a。当甲开了一枪后，乙在t时间后听到第一声枪响，则乙在什么时候能听到第二声枪响(假设距离足够大)(　　)
A．甲开枪后4t时间　　 B．甲开枪后3t时间
C．甲开枪后2t时间 　 D．甲开枪后t时间
思路点拨：根据反射定律画出声波传播的示意图，再用速度公式求时间。
[听课记录]　_________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
【典例3】　(波的折射)如图所示是声波由介质Ⅰ进入介质Ⅱ的折射情况，由图判断下列说法正确的是(　　)
A．入射角大于折射角，声波在介质Ⅰ中的波速大于它在介质Ⅱ中的波速
B．入射角大于折射角，Ⅰ可能是空气，Ⅱ可能是水
C．入射角小于折射角，Ⅰ可能是钢铁，Ⅱ可能是空气
D．介质Ⅰ中波速v1与介质Ⅱ中波速v2满足
[听课记录]　_________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
　处理波的折射问题的三点技巧
(1)弄清折射现象发生的条件：当波从一种介质斜射入另一种介质时，才发生折射(当波垂直界面入射时不发生折射现象)。
(2)抓住折射波与入射波的区别与联系：波的频率相同，波速不同，波长不同。
(3)计算时，注意公式中角度与速度的对应；另外，可结合v＝λf及频率不变的特点，将公式转化为波长与角度的关系，解决有关波长的问题。
　波的衍射
【链接教材】　如人教版教材P72图3.3-3所示，波长一定的水波通过宽度不同的狭缝，观察水波的传播情况。
问题　水波遇到狭缝时，会观察到什么现象？依次减小狭缝尺寸，观察到的现象有什么变化？
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
【知识梳理】　
1．定义：波绕过______继续传播的现象。
2．发生明显衍射的条件：障碍物或狭缝的尺寸跟____相差不多，或者比波长更小。
3．波的衍射的普遍性：一切波都能发生____。衍射是波特有的现象。
提醒：(1)衍射是波特有的现象，凡是能发生衍射现象的都是波。
(2)一切波都能发生衍射现象，只是有的明显，有的不明显，波发生衍射时，波长、频率和波速均不变，由于有能量损失，振幅减小。
【思考讨论】　操场上的喇叭正在播放音乐，有高音也有低音。走到离操场不远的教学楼后面，听到喇叭播放的音乐声有所减弱。
问题　是高音还是低音减弱得明显一些？为什么？
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
【知识归纳】
1．波的衍射现象的本质
波传到小孔(或障碍物)时，小孔(或障碍物)仿佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波(称为子波)，在孔(或障碍物)后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象。波的直线传播是衍射不明显时的近似情形。
2．产生明显衍射的条件
障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小。
【典例4】　(波的衍射现象及规律)在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况，图1是保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观察水波的传播变化情况；图2是实验时拍摄波长不同的水波通过宽度一定的狭缝的照片，在甲、乙、丙三幅照片中，波长分别是狭缝宽度的、、，对比这三张照片观察衍射现象与波长、狭缝宽度的关系。该实验现象表明(　　)
A．只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸比波长小，才能观察到明显的衍射现象
B．只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小，才能观察到明显的衍射现象
C．由图2中丙图可以得出，波长比狭缝短太多就不会发生衍射现象
D．由图1中甲图可以看出，狭缝宽度再增加就不会发生衍射现象
[听课记录]　_________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
1．(多选)下列现象中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．夏日的雷声有时轰鸣不绝
D．在水里的人能听到岸上的声音
2．如图所示是一列机械波从介质1进入介质2发生的现象，已知波在介质1中的波长为λ1，入射波与界面的夹角为30°，波在介质2中的波长为λ2，折射波与法线的夹角为45°，则λ1∶λ2为(　　)
A．1∶　 B．∶1
C．∶ 　 D．∶
3．如图所示，O是水面上一波源，实线和虚线分别表示某时刻的波峰和波谷，A是挡板，B是小孔。若不考虑波的反射因素，则经过足够长的时间后，水面上的波将分布于(　　)
A．整个区域
B．阴影Ⅰ以外区域
C．阴影Ⅱ以外区域
D．阴影Ⅱ和Ⅲ以外的区域
回归本节知识，完成以下问题：
1．波在两种介质的界面处能否同时发生折射和反射现象？
2．在波的反射和折射现象中频率是否发生变化？
3．发生明显的衍射现象的条件是什么？
21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共52张PPT)
第三章 机械波
3．波的反射、折射和衍射
[学习目标]　1．知道波的反射、折射和衍射现象，知道明显衍射的条件。2．理解波的反射定律和折射定律，能进行简单计算。3．经历探究波的明显衍射现象条件的过程。4．利用波的几种现象实例培养观察、分析和归纳的习惯。
[教用·问题初探]——通过让学生回答问题来了解预习教材的情况
问题1　水波的反射跟光的反射满足同样的规律吗？反射角等于入射角吗？
问题2　一列声波从空气进入水中，已知水中声速较大，则声波频率和波长如何变化？
问题3　只有障碍物或缝的尺寸跟波长差不多或者比波长更小时，才能发生衍射现象，这句话对吗？
探究重构·关键能力达成
1．波的反射
(1)波的反射：波传播过程中遇到介质界面会_____原介质继续传播的现象。
(2)反射波的____、____、频率跟入射波的相同。
(3)波的反射定律：反射线、入射线和法线在同
一平面内，反射线和入射线分别位于法线两侧，
反射角____入射角。如图所示。
知识点一　波的反射和折射
返回
波长
波速
等于
2．波的折射
(1)波的折射：波从一种介质____另一种介质时，波的________发生改变的现象。
(2)波的折射中，波的____不变，波速和波长发生改变。
提醒：波在两种介质的界面上发生折射的原因是波在不同介质中的传播速度不同。对于入射角为零的特殊现象，折射角也为零，即波沿原方向传播，但介质发生了变化，其波长和波速也相应发生变化。
进入
传播方向
频率
【思考讨论】　观察如下两幅示意图。
问题1　在波的反射中，反射波与入射波的频率相同吗？波长相同吗？
提示：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；反射现象是在同种介质中传播，波速相同，由v＝λf可知，波长也相同。
问题2　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？
问题3　波在发生折射过程中，方向一定改变吗？
提示：不一定。入射角等于0°时，波沿原方向传播。
【知识归纳】
波的反射、折射现象中各量的变化
1．波向前传播到两种介质的界面上时会同时发生反射现象和折射现象，一些相关物理量变化如表所示：
比较项目 波的反射 波的折射
传播方向 改变i＝i′ 改变r≠i
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，故无论是反射波的频率还是折射波的频率都等于入射波的频率。
(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；折射波与入射波在不同介质中传播，波速变化。
(3)根据v＝λf，波长λ与v及f 有关，即与介质和波源有关，反射波与入射波在同一介质中，波速相同、频率相同，故波长相同；折射波与入射波在不同介质中传播，波速不同，频率相同，故波长不同。
【典例1】　(对波的反射和折射的理解)如图所示，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
√
√
思路点拨：根据反射定律画出声波传播的示意图，再用速度公式求时间。
√
【链接教材】　如人教版教材P72图3.3-3所示，波长一定的水波通过宽度不同的狭缝，观察水波的传播情况。
知识点二　波的衍射
问题　水波遇到狭缝时，会观察到什么现象？依次减小狭缝尺寸，观察到的现象有什么变化？
提示：水波遇到狭缝时，水波能穿过狭缝，并能到达挡板后面的“阴影区”，狭缝的宽度减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显。
【知识梳理】　
1．定义：波绕过______继续传播的现象。
2．发生明显衍射的条件：障碍物或狭缝的尺寸跟____相差不多，或者比波长更小。
3．波的衍射的普遍性：一切波都能发生____。衍射是波特有的现象。
提醒：(1)衍射是波特有的现象，凡是能发生衍射现象的都是波。
(2)一切波都能发生衍射现象，只是有的明显，有的不明显，波发生衍射时，波长、频率和波速均不变，由于有能量损失，振幅减小。
障碍物
波长
衍射
【思考讨论】　操场上的喇叭正在播放音乐，有高音也有低音。走到离操场不远的教学楼后面，听到喇叭播放的音乐声有所减弱。
问题　是高音还是低音减弱得明显一些？为什么？
提示：高音减弱得较明显，声波在空气中传播的速度一定，高音的频率较高，则波长较短，低音频率较低，波长较长，在绕过教学楼时，高音部分的声波发生的衍射现象不如低音部分的声波发生的衍射现象明显，则高音减弱得较明显。
【知识归纳】
1．波的衍射现象的本质
波传到小孔(或障碍物)时，小孔(或障碍物)仿佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波(称为子波)，在孔(或障碍物)后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象。波的直线传播是衍射不明显时的近似情形。
2．产生明显衍射的条件
障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小。
A．只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸比波长小，才能观察到明显的衍射现象
B．只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小，才能观察到明显的衍射现象
C．由图2中丙图可以得出，波长比狭缝短太多就不会发生衍射现象
D．由图1中甲图可以看出，狭缝宽度再增加就不会发生衍射现象
√
B　[由题图1可知，波长一定时，狭缝越窄，衍射现象越明显；由题图2可知，狭缝一定时，波长越长，衍射现象越明显。则只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小，才能观察到明显的衍射现象，A错误，B正确；由题图2中丙图可以得出，波长比狭缝小太多同样会发生衍射现象，只是衍射现象不明显，C错误；由题图1中甲图可以看出，狭缝宽度再增加也会发生衍射现象，只是衍射现象不明显，D错误。]
应用迁移·随堂评估自测
1．(多选)下列现象中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．夏日的雷声有时轰鸣不绝
D．在水里的人能听到岸上的声音
√
√
BC　[反射现象中波仍在同一介质中传播，音响的混合效应、雷声轰鸣不绝都属于反射现象，因此B、C正确；波在不同介质中传播是折射现象，D错误；A项所述是衍射现象。]
√
3．如图所示，O是水面上一波源，实线和虚线分别表示某时刻的波峰和波谷，A是挡板，B是小孔。若不考虑波的反射因素，则经过足够长的时间后，水面上的波将分布于(　　)
A．整个区域
B．阴影Ⅰ以外区域
C．阴影Ⅱ以外区域
D．阴影Ⅱ和Ⅲ以外的区域
√
B　[水波在传播过程中遇到了挡板A和小孔B，相比而言小孔B的尺寸与波长差不多，所以水波经过B后能发生明显的衍射现象，但A挡板的尺寸较大，所以水波经过A后不能发生明显的衍射现象，所以水面上的波分布于阴影Ⅰ以外的区域，选项B正确。]
回归本节知识，完成以下问题：
1．波在两种介质的界面处能否同时发生折射和反射现象？
提示：能。
2．在波的反射和折射现象中频率是否发生变化？
提示：不变。
3．发生明显的衍射现象的条件是什么？
提示：波长大于障碍物或小孔的尺寸(或相差不多)。
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
√
?题组一　波的反射和折射
1．(源自鲁科版教材改编)(多选)下列说法正确的是(　　)
A．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，利用了波的反射原理
B．隐形飞机的表面涂上特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的
C．雷声轰鸣不绝是声波的衍射形成的
D．水波从深水区传到浅水区时传播方向发生改变的现象，是波的折射现象
课时分层作业(十三)　波的反射、折射和衍射
√
√
ABD　[潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，是利用了波的反射原理，A正确；隐形飞机的表面涂上特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的，B正确；雷声轰鸣不绝是声波在云层之间的多次反射造成的，故C错误；水波从深水区传到浅水区时传播方向发生变化，这是波的折射现象，故D正确。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
√
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，波速大小变小，波长变短
B．波发生反射时，波的频率、波长、波速大小均不变
C．波发生折射时，波的频率、波长、波速大小均发生变化
D．波发生折射时，波的频率发生改变，但波长、波速大小不变
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
B　[波发生反射时，波在同一种介质中传播，波的频率、波长、波速大小均不变，故A错误，B正确；波发生折射时，波速发生变化，波的频率由波源决定，则波的频率不变，波长发生变化，故C、D错误。故选B。]
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
4．声波在空气中的传播速度为340 m/s，在钢铁中的传播速度为
4 900 m/s。一平直桥由钢铁制成，某同学用锤子敲击一下桥的一端发出声音，分别经空气和桥传到另一端的时间之差为1.00 s，则桥的长度为______m。若该声波在空气中的波长为λ，则它在钢铁中的波
长为λ的________倍。
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
365　

√
?题组二　波的衍射
5．(多选)如图所示为水波的衍射现象，S为波源，d为挡板间狭缝的宽度，相邻弧线间距为一个波长，其中符合事实的是(　　)
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
A　　　　B　　　　C　　　　D
√
BC　[选项A、B中狭缝宽度大于波长，衍射现象不明显，挡板会阻碍波的传播，故A不符合事实，B符合事实；选项C、D中狭缝宽度小于波长，衍射现象明显，但穿过狭缝后波速和频率不变，波长应不变，故C符合事实，D不符合事实。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
√
6．如图所示，挡板M固定，挡板N可自由移动，将M、N两挡板间空隙当做一个“小孔”做水波的衍射实验，出现了图示中的图样。实验中观测到P点水面没有振动，为了使P点处能发生振动，可采用的办法是(　　)
A．增大波源的频率
B．减小波源的周期
C．将N板水平向左移动一些
D．将N板水平向上移动一些
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
√
7．如图所示是利用水波槽观察到的水波衍射图像，从图像可知(　　)
A．B侧水波是衍射波
B．A侧波速与B侧波速相等
C．减小挡板间距离，衍射波的波长将减小
D．增大挡板间距离，衍射现象更明显
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
B　[B侧水波在传播过程中遇到带有窄缝的挡板后发生衍射，则A侧水波是衍射波，故A错误；同种机械波在相同介质中的传播速度相同，故B正确；减小挡板间距离，衍射现象会更明显，但是衍射波的波速不变，频率不变，故波长不变，故C错误；因为只有当挡板间距离跟波长差不多或者比波长更小时，衍射现象才明显，所以当增大挡板间距离时，衍射现象会更不明显，故D错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
8．在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN，墙的一侧O点有一个正在播放男女声合唱歌曲的声源。某人从图中A点走到墙后的B点，在此过程中，如果从声波的衍射来考虑，则会听到(　　)
A．声音变响，男声比女声更响
B．声音变响，女声比男声更响
C．声音变弱，男声比女声更弱
D．声音变弱，女声比男声更弱
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
D　[声波在空气中传播时遇到较高大的墙一部分波被反射，一部分波发生衍射，故声音变弱，但波速不变，低频部分的波的波长较长，高频部分的波的波长较短，在绕过较高大的墙时，高频部分的波发生衍射的衍射现象不如低频部分的波发生的衍射现象明显，故高音部分减弱得较为明显，所以女声比男声更弱，故D正确。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
9．(多选)如图所示，这是波源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，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
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
√
AD　[观察题图，孔B和障碍物C尺寸明显大于波长，不会发生明显的衍射现象，但仍然有衍射现象，只是不明显，不易观察；孔A和障碍物D尺寸小于或接近波长，会发生明显的衍射现象，故A、D正确，B、C错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
√
10．测速仪安装有超声波发射和接收装置，如图所示，B为测速仪，A为汽车，两者相距335 m。某时刻B发出超声波，同时A由静止开始做匀加速直线运动。当B接收到反射回来的超声波信号时A、B相距355 m，已知声速为340 m/s，则下列说法正确的是(　　)
A．经1 s，B接收到返回的超声波
B．超声波追上A时，A前进了10 m
C．A的加速度的大小为10 m/s2
D．A的加速度的大小为5 m/s2
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
11．平静的湖面有相距为1 m的两个小木块A、B，距小木块A左侧
3 m处有一波源在t＝0时刻开始向上振动，经4 s小木块A第一次达到波峰，再经3 s小木块B第一次达到波谷，波源和小木块A、B在一条直线上。
(1)求这列横波的周期和波速；
(2)求这列横波的波长；
(3)若此波在传播过程中遇到一根竖立的芦苇杆，是否会发生明显的衍射现象。
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
[答案]　(1)4 s　1 m/s　(2)4 m　(3)会发生明显的衍射现象
12．甲、乙两人分乘两只小船在湖中钓鱼，两船相距24 m。有一列水波在湖面上传播，使每只船每分钟上下浮动20次，当甲船位于波峰时，乙船位于波谷，这时两船之间还有5个波峰。
(1)此水波的波长为多少？波速为多少？
(2)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？
(3)若该波经过一跨度为30 m的桥洞，桥墩直径为3 m，桥墩处能否看到明显的衍射现象？若该桥为一3 m宽的涵洞，洞后能否发生明显的衍射现象？
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12

展开更多......

收起↑