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3　波的反射、折射和衍射
学习任务一　对波的反射和折射的理解
[教材链接] 阅读教材,填写波的反射和折射的相关知识.
(1)波的反射
①反射现象:波遇到障碍物时会　　　　　继续传播的现象.
②反射定律:反射线、　　　　和入射线在同一平面内,反射线和入射线分居　　　　两侧,反射角　　　　入射角.
(2)波的折射:波在传播过程中,由一种介质进入另一种介质时,　　　　　　发生偏折的现象.
例1 有一辆汽车以15 m/s的速度匀速行驶,在其正前方有一陡峭山崖,汽车鸣笛2 s后司机听到回声,此时汽车与山崖的距离是多少 (v声=340 m/s)
变式1 当一个探险者进入一个山谷后,为了估测出山谷的宽度,他吼一声后,经过0.5 s听到右边山坡反射回来的声音,又经过1.5 s后听到左边山坡反射回来的声音.若声速为340 m/s,则这个山谷的宽度约为 (　)
A.170 m B.340 m
C.425 m D.680 m
例2 一列声波在空气中的波长为0.25 m.当该声波传入某种介质中时,波长变为0.8 m,若空气中的声速是340 m/s.求:
(1)该声波在介质中传播时的频率.
(2)该声波在介质中传播的速度大小.
变式2 (多选)下列说法正确的是 (　)
A.波发生反射时,波的频率不变,但波长、波速发生变化
B.波发生反射时,波的频率、波长、波速均不变
C.波发生折射时,波的频率不变,但波长、波速发生变化
D.波发生折射时,波的频率、波长、波速均发生变化
【要点总结】
波的反射现象的应用
(1)回声测距
①当声源不动时,声波遇到了障碍物会返回来继续传播,反射波与入射波在同一介质中传播速度相同,因此在传播距离一样的情况下,入射波和反射波用的时间相等,设经时间t听到回声,则声源与障碍物的距离为s=v声.
②当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时,声源发声时障碍物到声源的距离为s=(v声+v)·.
③当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离静止的声源时,声源发声时障碍物到声源的距离s=(v声-v)·.
(2)超声波定位
蝙蝠能发出超声波,超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来,蝙蝠就根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物位置,从而确定飞行方向.另外海豚、雷达也是利用波的反射来定位或测速的.
学习任务二　对波的衍射的理解
[教材链接] 阅读教材,填写波的衍射的相关知识.
(1)定义:波可以　　　　障碍物继续传播,这种现象叫作波的衍射.
(2)影响衍射明显程度的因素
①波长:在缝、孔的宽度或障碍物的尺寸保持不变的条件下,波长越长,衍射　　　　　.
②缝、孔的宽度或障碍物的尺寸:在波长保持不变的条件下,缝、孔的宽度或障碍物的尺寸越小,衍射　　　　.
(3)发生明显衍射的条件:只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长　　　　　,或者比波长　　　时,才能发生明显的衍射现象.
例3 (多选)如图所示是观察水面波衍射的实验装置,AC和BD是两块挡板,AB是一个小孔,O是波源.图中已画出波源所在区域的传播情况,每两条相邻的波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长.对于波经过孔之后的传播情况,下列描述正确的是 (　)
A.此时能观察到明显的衍射现象
B.若将孔AB扩大,则有可能观察不到明显的衍射现象
C.挡板前、后波纹之间距离相等
D.若孔的大小不变,使波源频率增大,则一定能观察到明显的衍射现象
变式3 [2022·嵊州中学月考] 如图所示,S为水面上一波源,M、N是两块挡板,两板中间有一狭缝,此时观察不到A点振动,为了能观察到A点的振动,可采用的方法是 (　)
A.增大波源的振幅
B.减小波源的频率
C.将波源S向左移
D.将N板向右移
[反思感悟]

变式4 如图所示,O是水面上一波源,实、虚线分别表示该时刻相邻的波峰、波谷,A是挡板,B是小孔.经过一段时间,水面上的波形将分布于 (　)
A.整个区域
B.阴影Ⅰ以外区域
C.阴影Ⅱ以外区域
D.阴影Ⅲ以外区域
【要点总结】
1.衍射是波特有的现象,一切波都能发生衍射现象.
2.缝、孔的宽度或障碍物的尺寸大小并不是决定衍射能否发生的条件,仅是衍射现象是否明显的条件.
3.当波长与障碍物的尺寸相比非常小时,波将沿直线传播,观察不到衍射现象.
1.(波的反射和折射)(多选)下列叙述属于波的反射现象的是 (　)
A.夏日的雷声有时会轰鸣不绝
B.在空房间里讲话,会感到声音比在野外响
C.水波从深水区入射到浅水区时方向变化
D.讲话者又听到自己的回声
2.(波的反射与折射)对于波长为100 m的声波,下列说法正确的是 (　)
A.在同一介质中,比波长为20 m的声波传播快
B.在空气中的频率比在水中的大
C.声波能发生折射,且折射后频率发生变化
D.声波能发生反射,且反射后波速不变
3.(波的衍射)(多选)利用发波水槽观察波的衍射现象时,看到如图所示的图样.为使衍射现象更明显,下列方法可采用的是 (　)
A.缩小挡板间距
B.增大挡板间距
C.减小波源频率
D.减小水波的振幅
4.(波的衍射)[2022·苍南中学月考] 如图所示,有一人在河边钓鱼,浮标位于A点,S为在水面上沿竖直方向振动的波源,M、N是水面上的两块固定挡板,两板中间有一狭缝.波源S的振动引起浮标上下振动,下列说法正确的是 (　)
A.减小波源的振幅,可以减小波源S的振动对浮标的影响
B.增大波源的振幅,可以减小波源S的振动对浮标的影响
C.减小波源的波长,衍射现象更明显
D.增大波源的振动频率,衍射现象更明显
[反思感悟]

3　波的反射、折射和衍射
[教材链接] (1)①返回来　②法线　法线　等于　(2)传播方向
例1　325 m
[解析] 画出汽车与声音运动过程示意图如图所示
设汽车由A到C的距离为s1,C到山崖B的距离为s2,汽车鸣笛至司机听到回声所用时间为t=2 s,则==t
解得s2=325 m.
变式1　C　[解析] 右边的声波从发出到反射回来所用时间为t1=0.5 s,左边的声波从发出到反射回来所用的时间为t2=2 s,则山谷的宽度s=v(t1+t2)=×340×2.5 m=425 m,故C正确.
例2　(1)1360 Hz　(2)1088 m/s
[解析] (1)声波在空气中传播时,由v=λf得
f== Hz=1360 Hz
由于声波在不同介质中传播时,频率不变,所以声波在该介质中传播时,频率仍为1360 Hz.
(2)由v=λf得
v2=λ2f=0.8×1360 m/s=1088 m/s.
变式2　BC　[解析] 波发生反射时,波是在同一种介质中传播,频率、波长和波速均不变,选项A错误,选项B正确;波发生折射时,波是从一种介质传入另一种介质,波速发生变化,而波的频率由波源决定,所以波的频率不变,由公式v=λf可知,波长发生变化,选项D错误,选项C正确.
[教材链接] (1)绕过　(2)①越明显　②越明显　(3)相差不多　更小
例3　ABC　[解析] 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;若将孔AB扩大,则孔的尺寸大于波的波长,可能观察不到明显的衍射现象,故B正确;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C正确;若孔的大小不变,使波源频率增大,因为波速不变,根据λ= 知,波长减小,则可能观察不到明显的衍射现象,故D错误.
变式3　B　[解析] 观察不到A点振动,说明衍射现象不明显,要使衍射现象变得明显,可以减小波源的频率以增大波长,或将N板向左移减小狭缝的尺寸,故B正确.
变式4　B　[解析] 由图可直观看出,半波长为实、虚两圆半径之差,且挡板A的尺寸比波长大得多,而小孔B的宽度与波长差不多,根据波发生明显衍射的条件知,该波在挡板A处的衍射现象很不明显,故Ⅰ区内水面无波形,故选项A、C、D错误;该波的波长与小孔B的宽度差不多,能够发生明显的衍射,故在阴影区Ⅱ、Ⅲ之内存在明显的衍射波的波形,故选项B正确.
随堂巩固
1.ABD　[解析] 选项A、B、D都属于波的反射现象,选项C属于波的折射现象.
2.D　[解析] 机械波的传播速度由介质决定,选项A错误;波的频率由波源决定,与介质无关,选项B错误;折射后,波进入另一种介质,传播速度发生变化,频率不变,而反射后回到原来的介质,传播速度不变,选项C错误,D正确.
3.AC　[解析] 在相同条件下,波长越长的波越容易发生明显衍射现象,本题中水波波长不变,适当缩小挡板间距,衍射现象更明显,故A正确,B错误;在同一介质中,v一定,适当减小波源的频率,能增大波长,使衍射现象更明显,故C正确;衍射现象是否明显与振幅无关,故D错误.
4.A　[解析] 减小波源的振幅, 位于A点的浮标做受迫振动的振幅相应减小,所以可以减小波源S的振动对浮标的影响,故A正确,B错误;减小波源的振动频率,由λ=可知,波长变大,则衍射现象更明显,故C、D错误.

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