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第三章 机械波
第3节 波的反射、折射和衍射
学习目标
1.知道波传播到两种介质的界面时同时发生反射和折射现象。
2.知道波发生反射现象时，反射角等于入射角，知道反射波的频率，波速和波长与入射波相同。
3.知道折射波与入射波的频率相同，波速与波长不同，理解波发生折射的原因是波在不同介质中的速度不同；掌握入射角与折射角的关系。
4.理解什么是波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件。
重点难点
重点
1.波的反射和折射现象。
2.知道波的反射和折射现象中折射角与入射角及反射角的关系
3.理解波发生折射时的频率不变，波速和波长发生改变。
4.知道波发生衍射现象的条件。
难点
1.用波的反射和折射现象的知识解决实际问题。
2.知道波发生衍射现象的条件。
自主探究
1.波的反射定律：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
① ，反射角② 入射角。
2.理论和实验证明，一切波都会发生折射现象。一列水波在③ 的水域传播时，在④ 将发生折射。
3.像水波可以⑤ 水中的石块、树叶等障碍物而⑥ 的现象叫作波的衍射。
4.大量的实验表明：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长⑦ ，或者比波长 ⑧ 时，才能发生⑨ 的衍射现象。衍射是波⑩的现象，故一切波均可发生衍射现象。
答案：①两侧 ②等于 ③深度不同 ④交界面处 ⑤绕过 ⑥继续传播 ⑦相差不多 ⑧更小 ⑨明显 ⑩特有
探究思考
波的反射、折射和衍射
1. 波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫作波的反射。
2. 反射定律：入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分居法线两侧，反射角等于入射角。
3. 反射特点：反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同。波遇到两种介质的界面时，总存在反射。
4. 波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生了改变的现象叫作波的折射。
5. 折射定律：入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居法线两侧。
6. 折射特点：频率由波源决定，波速由介质决定，所以折射前后波的波长发生了变化。
7. 衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射。
8. 波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异。障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小是发生明显衍射的条件。
【典例一】以下关于波的认识,正确的是( )
A.潜水艇利用声呐探测周围物体的分布情况,用的是波的反射原理
B.隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质,是为了减少波的反射,从而达到隐形的目的
C.雷达的工作原理是利用波的反射
D.水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象,是波的折射现象
答案：ABCD
解析：A、B、C选项中应用了波的反射现象；D选项是波的折射现象，深水区域和潜水区域可视为不同介质，故波的传播方向发生改变。
【典例二】如图所示，图中S为在水面上振动的波源，是水面上的两块挡板，其中N板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水面没有振动，为使A处水面也能发生振动，可采用的方法是( )
A.使波源的频率增大 B.使波源的频率减小
C.移动N使狭缝的间距增大 D.移动N使狭缝的间距减小
答案：BD
解析：要发生明显的衍射，障碍物的尺寸或宽度比波长小或与波长相差不多，本题中要使狭缝满足明显衍射的条件即将狭缝间距变小，或将波长变长，BD正确。
知识梳理
随堂训练
1.在室内讲话的声音比在空旷的室外讲话声音要洪亮,是因为( )
A.室内空气不流动 B.室内声音多次反射
C.室内声音发生折射 D.室内物体会吸收声音
2.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，O为波源，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，下列描述正确的是( )
A.此时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，能观察到更明显的衍射现象
3.如图所示是水波遇到小孔或障碍物后的图像，图中每两条实线间的距离表示一个波长，其中正确的图像是( )
A. B. C. D.
4.有一障碍物的尺寸为10 m，下列遇到它时能产生明显衍射现象的波是( )
A.波长为1 m的机械波 B.波长为10 m的机械波
C.波长为20 m的机械波 D.频率为510 Hz的声波
答案以及解析
1.答案：B
解析：在室内听到的声音洪亮是因为声波在室内墙壁上经过多次反射而得到加强,故选B。
2.答案：ABC
解析：由题图可以看出，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；波通过孔后，波速、频率都不变，根据知，波长也不变，则挡板前后波纹间的距离相等，故B正确；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；如果孔的大小不变，使波源频率增大，因为波速不变，根据可知波长减小，可能观察不到明显的衍射现象，故D错误。
3.答案：D
解析：发生明显衍射的条件，即当波的波长与小孔或障碍物的尺寸相当，或大于小孔和障碍物的尺寸。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A、B的衍射图样都错误。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图样错误。
4.答案：BC
解析：能产生明显衍射现象的条件是机械波的波长与障碍物的尺寸相比差不多或更大，可知BC正确，A错误；因频率为510 Hz的声波的波长为，则遇到尺寸是10 m的障碍物不能产生明显衍射现象，故选项D错误。
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