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§3-3 波的反射、折射和衍射
一、学习目标
1.了解波的反射和折射现象.
2.理解波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件．
二、学习过程
【问题探究】1．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？
【知识点1】波的反射和折射
1．波的反射遵从反射定律，即入射线、反射线及法线位于同一平面内，入射线、反射线分别位于法线的两侧，反射角等于入射角．
2．波的频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是不改变的．
3．波速是由介质决定的，波反射时是在同一介质中传播，因此波速不变，波折射时是在不同介质中传播，因此波速改变．
4．波长是由频率和波速共同决定的，即在波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据公式λ＝可知波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由λ＝可知波长变大，反之变小．
例题1、关于波的反射与折射，下列说法正确的是
A. 入射波的波长一定等于反射波的波长，其频率不变
B. 入射波的波长一定小于反射波的波长，其频率不变
C. 入射波的波长一定大于折射波的波长，其频率不变
D. 入射波的波长一定小于折射波的波长，其频率不变
跟踪训练：对于波长为的声波，下列说法正确的是
A. 在同一介质中，比波长为的声波传播快
B. 在空气中的频率比在水中大
C. 声波能发生折射，但折射后频率不改变
D. 声波能发生反射，但反射后波速改变
例题2、甲、乙两人平行站在一堵又高又宽的墙前面，二人相距，距墙均为，当甲开了一枪后，乙在时间后听到第一声枪响，则乙听到第二声枪响的时间为
A. 甲开枪后 B. 甲开枪后 C. 甲开枪后 D. 甲开枪后
【问题探究】如图所示是一个可观察水波衍射的发波水槽，振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播．思考下列问题：
(1)水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？
(2)当水波遇到较大的障碍物时，会观察到什么现象？当障碍物较小时，会观察到什么现象？
【知识点2】波的衍射
1．波的衍射：波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. 衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射．衍射只有“明显”与“不明显”之分．
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.
4．声波波长较长，一般在1.7 cm～17 m.
5．波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况．
例题3、如图所示是水波遇到小孔或障碍物后的图象，图中每两条实线间的距离表示一个波长，其中正确的图象是
A. B. C. D.
例题4、如图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔图、或障碍物图、，其中能发生明显衍射现象的有
A. 只有 B. 只有 C. 只有 D. 只有
§3-3 波的反射、折射和衍射 作业
班级： 学号： 姓名：
一、选择题
1． 如图中、、分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则
A. 与的波长、频率相等，波速不等
B. 与的波速、频率相等，波长不等
C. 与的波速、频率、波长均相等
D. 与的频率相等，波速、波长均不等
2．一列水波由深水区进入浅水区，入射波与界面夹角为，折射波与界面夹角为，则下列说法正确的是
A. 波在深水区与浅水区的波速相同，频率不同，波长不同
B. 波在浅水区与深水区中传播时，波速、频率、波长都相同
C. 深水区中的波速、波长比浅水区中小
D. 深水区中的波速、波长比浅水区中大
3．某人手持边长为的正方形平面镜测量身后一棵树的高度．测量时保持镜面与地面垂直，镜子与眼睛的距离为在某位置时，他在镜中恰好能够看到整棵树的像；然后他手持镜子向前走了，发现用这个镜子长度的就能看到整棵树的像，这棵树的高度约为
A. B. C. D.
4．如图所示是观察水面波衍射的实验装置，和是两块挡板，是一个孔，是波源．图中已画出波源所在区域的传播情况，每两条相邻波纹图中曲线之间距离表示一个波长；关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中不正确的是
A. 此时能明显观察到波的衍射现象
B. 水波通过挡板前后波纹间距离相等
C. 如果将孔扩大，有可能观察不到明显的衍射现象
D. 如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显观察到衍射现象
5．如图是观察水面波衍射的实验装置，和是两块挡板，是一个孔，是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹图中曲线之间的距离表示一个波长。则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中错误的是
A. 能明显观察到波的衍射现象
B. 挡板前后波纹间距离相等
C. 如果将孔扩大，有可能观察不到明显的衍射现象
D. 如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象
6．如图所示为两列不同频率的水波通过相同的小孔所形成的衍射图样，由图可知，两列波的波长和频率的大小关系是
A. ， B. ，
C. ， D. ，
7．如图所示，在水槽中放两块挡板，挡板中间留一个狭缝，观察水波经过狭缝后的传播情况。已知水波的波长不变，但狭缝的宽度不同，甲图狭缝较宽，乙图狭缝较窄。下列说法正确的是
A. 机械波经过狭缝后均沿直线传播
B. 甲图狭缝宽度比波长大得较多，衍射现象比较明显
C. 乙图狭缝宽度跟波长相差不大，衍射现象比较明显
D. 甲、乙两图中波的衍射现象均不明显
8．如图所示，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，是挡板，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
9．如图示是小华同学在某次实验中利用水波槽观察到的水波衍射图象。
由图可知，________侧波是衍射波。填“”或“”
要想观察到更明显的衍射现象，可以适当________两挡板间的距离。填“增大”或“减小”
10．如图，为障碍物，为靠近桥墩浮在水面的叶片，波源连续振动，形成水波，此时叶片静止不动。为使水波能带动叶片振动，可用的方法是_________波源频率或者_________障碍物的尺寸填增大、减小、不改变§3-3 波的反射、折射和衍射
一、学习目标
1.了解波的反射和折射现象.
2.理解波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件．
二、学习过程
【问题探究】1．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？
【答案】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。
【知识点1】波的反射和折射
1．波的反射遵从反射定律，即入射线、反射线及法线位于同一平面内，入射线、反射线分别位于法线的两侧，反射角等于入射角．
2．波的频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是不改变的．
3．波速是由介质决定的，波反射时是在同一介质中传播，因此波速不变，波折射时是在不同介质中传播，因此波速改变．
4．波长是由频率和波速共同决定的，即在波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据公式λ＝可知波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由λ＝可知波长变大，反之变小．
例题1、关于波的反射与折射，下列说法正确的是
A. 入射波的波长一定等于反射波的波长，其频率不变
B. 入射波的波长一定小于反射波的波长，其频率不变
C. 入射波的波长一定大于折射波的波长，其频率不变
D. 入射波的波长一定小于折射波的波长，其频率不变
【答案】A
【解析】
入射波与反射波在同种介质中波速相同，频率由波源决定，频率相同，由 知波长相同，故 A 正确， B 错误；
因不知介质情况，入射波与折射波波长无法比较，故CD错误。
故选A．
跟踪训练：对于波长为的声波，下列说法正确的是
A. 在同一介质中，比波长为的声波传播快
B. 在空气中的频率比在水中大
C. 声波能发生折射，但折射后频率不改变
D. 声波能发生反射，但反射后波速改变
【答案】C
【解析】
声波在同一种介质中传播，波速相等，故AD错误；
B.同一种声波的频率只跟波源有关，跟介质无关，所以在空气和水中的频率相同，故B错误；
C.声波的频率由波源决定，跟折射和反射现象无关，故C正确；
故选：。
例题2、甲、乙两人平行站在一堵又高又宽的墙前面，二人相距，距墙均为，当甲开了一枪后，乙在时间后听到第一声枪响，则乙听到第二声枪响的时间为
A. 甲开枪后 B. 甲开枪后 C. 甲开枪后 D. 甲开枪后
【答案】B
【解析】
分析声音的传输过程，根据最短距离求出波的传播速度，再分析第二次听到的声音传播距离，从而求出听到的时间。
设声速为 ，乙听到第一声枪响必然是甲开枪的声音直接传到乙的耳朵中，故
甲、乙两人与墙的位置如图所示，乙听到的第二声枪响必然是墙反射的枪声，由声波的反射定律和几何关系得：。
故乙听到第二声枪响的时间 ，由得：。
A. 甲开枪后，与结论不相符，选项A不符合题意；
B. 甲开枪后，与结论相符，选项B符合题意；
C. 甲开枪后，与结论不相符，选项C不符合题意；
D. 甲开枪后，与结论不相符，选项D不符合题意；
【问题探究】如图所示是一个可观察水波衍射的发波水槽，振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播．思考下列问题：
(1)水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？
(2)当水波遇到较大的障碍物时，会观察到什么现象？当障碍物较小时，会观察到什么现象？
【答案】　(1) 水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后面的“阴影区”，小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显
(2)当水波遇到较大的障碍物时，将会返回，当障碍物较小时，波能继续向前传播
【知识点2】波的衍射
1．波的衍射：波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. 衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射．衍射只有“明显”与“不明显”之分．
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.
4．声波波长较长，一般在1.7 cm～17 m.
5．波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况．
例题3、如图所示是水波遇到小孔或障碍物后的图象，图中每两条实线间的距离表示一个波
长，其中正确的图象是
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】解：根据发生明显衍射的条件，即当波的波长与小孔或障碍物得尺寸相当，或大于小孔和障碍物的尺寸，会发生明显的衍射；
、波遇到小孔发生明显的衍射时，小孔处相当于新的波源，可知、的衍射图样都错误；故AB错误；
、波遇到与波长差不多的障碍物后，能“绕过”障碍物继续向前传播。故D图样正确，C错误。
故选：。
例题4、如图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔图、或障碍物图、，其中能发生明显衍射现象的有
A. 只有 B. 只有 C. 只有 D. 只有
【答案】B
【解析】
一列水波在传播过程中遇到了小孔 图，都符合孔尺寸比水波的波长要小得多或相差不大，所以都能发生明显的衍射；故 正确；一列水波在传播过程中遇到了阻碍物 图 ，相比而言 图的阻碍物的尺寸比 图小，所以 图能发生明显的衍射。故 B 正确， ACD 错误。
故选 B 。
§3-3 波的反射、折射和衍射 作业
班级： 学号： 姓名：
一、选择题
1． 如图中、、分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则
A. 与的波长、频率相等，波速不等
B. 与的波速、频率相等，波长不等
C. 与的波速、频率、波长均相等
D. 与的频率相等，波速、波长均不等
【答案】D
【解析】
波在不同介质中传播时，频率保持不变，波速发生变化，由 可知波长也发生变化。故选 D 。
2．一列水波由深水区进入浅水区，入射波与界面夹角为，折射波与界面夹角为，则下列说法正确的是
A. 波在深水区与浅水区的波速相同，频率不同，波长不同
B. 波在浅水区与深水区中传播时，波速、频率、波长都相同
C. 深水区中的波速、波长比浅水区中小
D. 深水区中的波速、波长比浅水区中大
【答案】D
【解析】
波由深水区进入浅水区，频率不变，画出示意图结合数学方法可比较速度，再由 可比较波长。
波由深水区进入浅水区，频率不变，而波与界面的夹角由 变为 ，如图所示。
当波线 到达界面 点，波线 设刚好到达 点，此时 与波线垂直，刚好在同一波面上，设经 ， 光线也刚到达界面上 点，此时 波已在浅水区传到 处， 刚好也是波面，且与波线垂直，
由波线与界面的夹角知 ，设该波在深水区的波速为 ，在浅水区波速为 ，则有：
， ，
所以有：
由 知： ，故 ABC 错误， D 正确。
3．某人手持边长为的正方形平面镜测量身后一棵树的高度．测量时保持镜面与地面垂直，镜子与眼睛的距离为在某位置时，他在镜中恰好能够看到整棵树的像；然后他手持镜子向前走了，发现用这个镜子长度的就能看到整棵树的像，这棵树的高度约为
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】如图所示为人恰好看到整棵树的像时的反射光路图．由几何知识可得，，即，人离树越远，视野越大，看到树所需的镜面越小，同理，当他向前走了后，有，由以上两式解得，．
4．如图所示是观察水面波衍射的实验装置，和是两块挡板，是一个孔，是波源．图中已画出波源所在区域的传播情况，每两条相邻波纹图中曲线之间距离表示一个波长；关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中不正确的是
A. 此时能明显观察到波的衍射现象
B. 水波通过挡板前后波纹间距离相等
C. 如果将孔扩大，有可能观察不到明显的衍射现象
D. 如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显观察到衍射现象
【答案】D
【解析】
A. 因为波长与孔的尺寸差不多，所以能够观察到明显的衍射现象，故 A 正确；
B. 波通过孔后，波速、频率、波长不变，则挡板前后波纹间的距离相等，故 B 正确；
C. 如果将孔 扩大，孔的尺寸大于波的波长，可能观察不到明显的衍射现象，故 C 正确；
D. 如果孔的大小不变，使波源频率增大，因为波速不变，根据 知，波长减小，可能观察不到明显的衍射现象，故 D 错误。
本题选不正确的，故选 D 。
5．如图是观察水面波衍射的实验装置，和是两块挡板，是一个孔，是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹图中曲线之间的距离表示一个波长。则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中错误的是
A. 能明显观察到波的衍射现象
B. 挡板前后波纹间距离相等
C. 如果将孔扩大，有可能观察不到明显的衍射现象
D. 如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象
【答案】D
【解析】
A. 因为波长与孔的尺寸差不多， 所以能够观察到明显的衍射现象。故 A 正确；
B. 波通过孔后， 波速、频率、波长不变，则挡板前后波纹间的距离相等。故 B 正确；
C. 如果将孔 扩大，孔的尺寸大于波的波长， 可能观察不到明显的衍射现象。故 C 正确；
D. 如果孔的大小不变，使波源频率增大，因为波速不变，根据 知，波长减小，可能观察不到明显的衍射现象。故 D 错误。
下列描述中错误的，故选 D 。
6．如图所示为两列不同频率的水波通过相同的小孔所形成的衍射图样，由图可知，两列波的波长和频率的大小关系是
A. ， B. ，
C. ， D. ，
【答案】C
【解析】解：由图知图衍射现象较明显，图较不明显，所以中波长较大，中波长较短，而相同的介质中，水波的速度相同，根据，可知，波长越长，则频率越低，故C正确，ABD错误。
故选：。
7．如图所示，在水槽中放两块挡板，挡板中间留一个狭缝，观察水波经过狭缝后的传播情况。已知水波的波长不变，但狭缝的宽度不同，甲图狭缝较宽，乙图狭缝较窄。下列说法正确的是
A. 机械波经过狭缝后均沿直线传播
B. 甲图狭缝宽度比波长大得较多，衍射现象比较明显
C. 乙图狭缝宽度跟波长相差不大，衍射现象比较明显
D. 甲、乙两图中波的衍射现象均不明显
【答案】C
【解析】
A. 机械波在传播过程中遇到狭缝都会发生衍射现象，发生衍射时，机械波就会传播到本应是“阴影”的区域，不再沿直线传播，故 A 错误；
当狭缝的宽度跟机械波的波长相差不大，或更小的时候，衍射现象比较明显，故 C 正确， BD 错误。
故选 C 。
8．如图所示，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，是挡板，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
【答案】B
【解析】
一列水波在传播过程中遇到了小孔 ，相比水波的波长而言 的孔洞的尺寸比较小，所以能发生明显的衍射，但 挡板的尺寸较大，所以不能发生衍射现象；所以水面上波分布于除阴影 Ⅰ 以外区域，故 B 正确， ACD 错误。
故选 B 。
9．如图示是小华同学在某次实验中利用水波槽观察到的水波衍射图象。
由图可知，________侧波是衍射波。填“”或“”
要想观察到更明显的衍射现象，可以适当________两挡板间的距离。填“增大”或“减小”
【答案】；减小。
【解析】
小孔是衍射波的波源；当孔的直径小于水波波长时发生更明显的衍射现象。
小孔是衍射波的波源，所以 侧波为衍射波；
波长越长越容易发生衍射现象，在波长无法改变的情况下可以减小两挡板间的距离，则可观察到更明显的衍射现象。
故答案为： ； 减小。
10．如图，为障碍物，为靠近桥墩浮在水面的叶片，波源
连续振动，形成水波，此时叶片静止不动。为使水波能带动叶片振动，可用的方法是_________波源频率或者_________障碍物的尺寸填增大、减小、不改变
【答案】减小；减小；
【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，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；
当拍打水面的频率不变时，水波波长不变，还可减小障碍物的尺寸，使衍射现象变明显，形成的水波能带动树叶振动起来。
故答案为：减小；减小；

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