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3.3波的反射、折射与衍射
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Hi，在开始挑战之前，先来热下身吧！
同学们，我们知道，声音在传播过程中，遇到障碍物时会发生反射。对着远处的峭壁大喊一声会听到回声，就是声波在峭壁上反射的结果。生活中，你是否注意过水波的反射？波的反射应该遵从什么规律？
◆学习任务
（一）读教材，首战告捷
让我们一起来阅读教材，并做好色笔区分吧。
（二）试身手，初露锋芒
让我们来试试下面的问题和小练习吧。
问题1：什么是波的反射？
当水波遇到挡板时会发生反射。如果用一条射线代表水波的入射方向(人射线)，用另一条射线代表水波的反射方向(反射线)，我们发现水波的反射与初中学过的光的反射遵循同样的规律。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。
问题2：什么是波的折射？
理论和实验证明，一切波都会发生折射现象。一列水波在深度不同的水域传播时，在交界面处将发生折射。
如果用一条射线代表水波的入射方向，用另一条射线代表水波的折射方向，可以更清晰地看出水波的折射现象。
练习1、利用超声波遇到物体发生反射，可测定物体运动的有关参量。如图（甲）中仪器A和B通过电缆线驳接，B为超声波发射与接收一体化装置，仪器A为B提供超声波信号源而且能将B接收到的超声波信号进行处理并在屏幕上显示其波形。现固定装置B，并将它对准匀速行驶的小车C，使其每隔固定时间T0发射一短脉冲如图（乙）中幅度大的波形，而B接收到的由小车C反射回的超声波经仪器A处理后显示如图（乙）中幅度较小的波形。反射滞后的时间已在图（乙）中标出。其中T0、T和△T为已知量，另外还知道该测定条件下声波在空气中的速度为v0，则根据所给信息可判断小车的运动方向为　 　（填“向左”或“向右”），速度大小为　 　。
【答案】向右；
【解析】解：由屏幕上显示的波形可以看出，反射波滞后于发射波的时间越来越长，说明小车离信号源的距离越来越远，小车向右运动。由题中乙图可得，小车相邻两次反射超声波脉冲的时间
t＝T0+（T+△T）﹣T
＝T0+△T ①
小车在此时间内前进的距离为
s＝v0 ②
小车的速度为v＝＝。
故答案为：向右；。
练习2、下列现象哪些是利用波的反射的（　　）
A．手扶耳旁听远处的人说话
B．医生给病人做超声波检查
C．雷达的工作原理
D．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况
【答案】ABCD
【解析】解：手扶耳旁听远处的人说话是利用了声波的反射；超声波检查身体、潜艇中的声呐都是利用了超声波的反射；雷达则是利用了电磁波的反射，故ABCD正确。
故选：ABCD。
例题1、图A是在高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收到的信号间的时间差，测出被测物体的速度。图B中p1、p2是测速仪发出的超声波信号，n1、n2分别是由汽车反射回来的信号。设测速仪匀速扫描，p1、p2之间的时间间隔△t＝1.0s，超声波在空气中的传播的速度是v＝340m/s，若汽车是匀速行驶的，则根据图B可知，汽车在反射两个信号之间的时间内前进的距离是　 　m，汽车的速度是　 　m/s。
【答案】17 17.9
【解析】①P1、P2的间隔的刻度值为30个格，时间长为1秒，P1、n1之间间隔的刻度值为12，所以对应的时间为0.4秒；P2、n2之间间隔的刻度值9，所以对应的这两点之间对应的时间为0.3秒。
P1、n1之间的时间为超声波第一次从测速仪发出后遇到行进的汽车又回来所用的时间，所以超声波传播到汽车所用的时间t1为0.2秒。由此可以求出汽车在接收到p1的信号时汽车与测速仪之间距离：S1＝vt1＝340m/s×0.2s＝68m；
同理可求出汽车在接收p2信号时汽车与测速仪之间的距离：S2＝vt2＝340m/s×0.15s＝51m。
由此可知，汽车在接收到p1、p2两个信号之间的时间内前进的距离：S＝68m﹣51m＝17m。
②超声波从第一次发出开始计时，到第二次与汽车相遇结束，共用时1.15秒。
其中，超声波第一次发出到与汽车相遇，所用的时间0.2秒不在汽车接收到p1、p2两个信号之间的时间内；
若设汽车通过这段距离时间所用的时间为t。则t＝1.15s﹣0.2s＝0.95s。
由第一问可知，汽车通过的距离为17米。
可以求得汽车的速度：v＝＝≈17.9m/s。
故答案为：17 17.9
（四）找规律，方法总结
波的反射:
当水波遇到挡板时会发生反射。如果用一条射线代表水波的入射方向(人射线)，用另一条射线代表水波的反射方向(反射线)，我们发现水波的反射与初中学过的光的反射遵循同样的规律。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。
波的折射:
理论和实验证明，一切波都会发生折射现象。一列水波在深度不同的水域传播时，在交界面处将发生折射。
如果用一条射线代表水波的入射方向，用另一条射线代表水波的折射方向，可以更清晰地看出水波的折射现象。
测一测，大显身手
1．测速仪安装有超声波发射和接收装置，如图所示，图中B为测速仪，A为汽车，两者相距335m，当B向A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。AB相距355m，已知超声波在空气中传播的速度为340m/s，则汽车的加速度大小为（　　）
A．20 m/s2 B．10 m/s2 C．5 m/s2 D．无法确定
2．用声纳（水下超声波定位仪）可以搜索水下的目标，在声纳显示屏上一格长度代表101s，今显示屏上发射波和反射波相隔6格，则声纳与目标间的距离大约是（　　）
A．5km B．10km C．20km D．40km
3．关于波的折射，下列说法正确的是（　　）
A．波从一种介质进入另一种介质时，传播方向不会发生改变
B．入射角等于折射角
C．入射角的正弦值等于折射角的正弦值
D．入射角的正弦值与折射角正弦值的比值是常数
4．汽车P在公路上做匀速直线运动，在其前方某处有一个超声波测速仪Q．当两者相距355m时，Q发出超声波，同时由于紧急情况P刹车，当Q接收到反射回来的超声波信号时，P恰好停止，此时P、Q相距335m。已知超声波的声速为340m/s，则汽车刹车的加速度为（　　）
A．20 m/s2 B．15 m/s2 C．10 m/s2 D．5 m/s2
5．“大洋一号”配备有一种声呐探测系统，用它可测量海水的深度。其原理是：用超声波发生器垂直向海底发射超声波，超声波在海底会反射回来，若已知超声波在海水中的波速，通过测量从发射超声波到接收到反射波的时间，就可推算出船所在位置的海水深度。现已知超声波在海水中的波速为1500m/s，船静止时，测量从发射超声波到接收到反射波的时间为8s，则该船所在位置的海水深度是　 　m。
参考答案与试题解析
1．【答案】B
【解析】解：设汽车的加速度为a，运动的时间为t，有＝355﹣335＝20m，超声波来回的时间为t，则单程的时间为，因为初速度为零的匀加速直线运动，在相等时间内的位移之比为1：3，在t时间内的位移为20m，则 时间内的位移为x′＝5m，知超声波追上汽车的位移x＝5+335m＝340m，所以 ＝1s，t＝2s。所以汽车的加速度大小为10m/s2．故B正确，A、C、D错误。
故选：B。
2．【答案】D
【解析】解：超声波在海水中的速度约为1500m/s；
发射波和反射波相隔6格，则说明接收到反射波用时60s；因波经历了发射到目标并反射过程，可认为往返用时相等；故波传到目标用时约为30s；
故声纳与目标间的距离s＝vt＝1500×30＝45000m＝45km；
故选：D。
3．【答案】D
【解析】解：A、由波的折射现象和折射定律可知，波从一种介质进入另一种介质时，传播方向可能会发生改变。故A错误；
B、C、D、由波的折射定律可知，入射角的正弦值与折射角正弦值的比值是常数。故BC错误，D正确。
故选：D。
4．【答案】C
【解析】解：设超声波往返的时间为2t，汽车匀加速运动在2t时间内位移为
x1＝a（2t）2＝355﹣335 m ①
超声波追上A车时用时为t，A车在t内前进的位移为
x2＝at2＝5 m ②
所以超声波在2t内的路程为
x＝2（x1+x2）m＝680m ③
x＝v声t ④
可得t＝1s，
代入①式得，汽车的加速度为 a＝10m/s2
故选：C。
5．【答案】6000
【解析】解：根据题意，超声波以恒定的速度来回传播，得：
S＝。
故答案为：6000

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