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课时3　波的反射、折射和衍射
核心 目标 1. 认识波的反射和折射现象，知道反射波和折射波的频率、波速和波长的变化关系．
2. 知道波的衍射现象，知道发生明显衍射现象的条件，了解波的衍射在生活中的运用．
要点梳理
要点1　波的反射
1. 反射现象
波遇到介质界面会__返回__来继续传播的现象．
2. 反射角与入射角
(1) 入射角：__入射波__的波线与法线的夹角，如图中的α.
(2) 反射角：__反射波__的波线与法线的夹角，如图中的β.
3. 反射定律
反射波线、法线、入射波线在__同一平面__内，且反射角__等于__入射角．
要点2　波的折射
1. 波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波__传播的方向__发生偏折的现象叫作波的折射．
2. 一切波都会发生__折射__现象．
要点3　波的衍射
1. 定义
波可以__绕过障碍物__继续传播，这种现象叫作波的衍射．
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__小__时，才能观察到明显的衍射现象．
3. 一切波都能发生__衍射__，__衍射__是波特有的现象．
即学即用
1. 易错辨析
(1) 夏日的雷声有时轰鸣不绝是声音的反射现象．(　√　)
(2) 波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射．(　×　)
(3) 衍射是横波特有的现象，纵波不能发生衍射．(　×　)
(4) 波发生反射或折射时，频率、波速均不变．(　×　)
2. (2024·安徽淮南第二中学)挡板M是固定的，挡板N是可以上下移动的．现在把M、N两块挡板中的空隙当作一个“小孔”做水波的衍射实验，出现了图示中的图样，P点的水没有振动起来．为了使挡板左边的振动传到P点，可以采用的办法是(　A　)
A. 减小振源的频率
B. 使振源向左移动
C. 挡板N向下移动
D. 增大振源的振幅
解析：P点的水没有振动起来，说明P点波没有明显衍射过去，原因是挡板M、N间的缝太宽或波长太小，因此若要使P点的水振动起来，可采用N板上移减小小孔的间距；也可以增大水波的波长，即减小振源的频率．故选A.
考向1　波的反射和折射
1. 反射波的波长、波速、频率跟入射波的__相同__．利用回声测距是波的反射的一个重要应用．它的特点是声源正对障碍物，声源发出的声波与回声在同一条直线上传播．
(1) 若是一般情况下的反射，反射波和入射波是遵从反射定律，可用反射定律作图后再求解．
(2) 若声源运动，声源发出的原声至障碍物再返回至声源的这段时间与声源的运动__时间__相同．
2. 波发生折射的原因：是波在不同介质中的__速度__不同．
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．入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比．即＝.
　如图所示是声波从介质Ⅰ进入介质Ⅱ的折射情况，由图判断，下列说法中正确的是(　A　)
A. 折射角小于入射角，声波在介质Ⅰ中的波速大于它在介质Ⅱ中的波速
B. 折射角大于入射角，介质Ⅰ可能是空气，介质Ⅱ可能是水
C. 折射角大于入射角，介质Ⅰ可能是钢铁，介质Ⅱ可能是空气
D. 介质Ⅰ中波速v1与介质Ⅱ中波速v2满足＝
解析：题图中MN为介质界面，虚线为法线，θ1为入射角，θ2为折射角，从题图中可直接看出折射角小于入射角，则B、C错误；根据折射定律有＝＞1，所以v1＞v2，D错误，A正确．
　(2024·广州期末)水上乐园的冲浪池示意图如图所示，波浪从深水区向浅水区传播时，波长将变短．图中游客在波浪池中随波浪运动，下列说法中正确的是(　B　)
A. 游客将随波浪冲到浅水区
B. 此时游客正在向上运动
C. 冲浪池表面的波浪属于纵波
D. 波浪传到浅水区频率增大
解析：根据机械振动的特点，可知游客在所处位置上下运动，不会随波浪冲到浅水区，A错误；根据上下坡法可知，此时游客正在向上运动，B正确；冲浪池表面的波浪属于横波，C错误；波浪从深水区传到浅水区频率不变，D错误．
解答波的折射问题的注意事项
1. 当波从一种介质垂直射入另一种介质时，波的传播方向不变．
2. 折射波的频率与入射波的频率相同，波速、波长不同．
考向2　波的衍射
1. 衍射的实质：振动的形式和能量传到障碍物后方的阴影区域中．
2. 波的衍射总是存在的，应该说衍射是没有条件的，只有“明显”与“不明显”的差异．
3. 波的衍射实质分析：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)，在小孔(或障碍物)后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象．
4. 产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸跟__波长相差不多__或__比波长小__．
　(2024·安徽合肥期末)在水槽中放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况，保持狭缝的宽度不变，改变水波的波长，得到三幅照片如甲、乙、丙所示，对应的水波波长分别为λ1、λ2 、λ3，下列说法中正确的是(　C　)
甲 乙
丙
A. 这是水波的反射现象
B. 这是水波的折射现象
C. 对应的波长关系为λ1>λ2>λ3
D. 对应的波长关系为λ1<λ2<λ3
解析：这是水波的衍射现象，A、B错误；随着波长的减小，当波长与狭缝宽度相比非常小时，水波将沿直线传播，衍射现象变得不明显，所以对应的波长关系为λ1>λ2>λ3，C正确，D错误．
　如图所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60 m，在防波堤后A、B两处有两艘小船进港躲避风浪．某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播．下列说法中正确的是(　B　)
A. 假设波浪的波长约为60 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响
B. 假设波浪的波长约为60 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响
C. 无论波浪的波长约为10 m还是60 m，则A、B两处小船都明显受到波浪影响
D. 无论波浪的波长约为10 m还是60 m，则A、B两处小船都基本上不受波浪影响
解析：当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长相差不多时才能发生明显的衍射现象，波浪的波长约为10 m时，不能发生明显的衍射现象，则A、B两处小船基本上不受波浪影响，C、D错误；波浪的波长约为60 m时，能发生明显的衍射现象，则A、B两处小船明显受到波浪影响，B正确，A错误．
1. 障碍物或孔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，一般情况下，波长较大的波容易发生明显衍射现象．
2. 当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射．
1. 图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则(　D　)
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
解析：波发生反射时，在同一种介质中运动，因此波长、波速和频率不变，故A、B错误；波发生折射时，频率不变，波速变化，波长变化，故C错误，D正确．
2. (2024·江苏镇江第一中学)如图所示，在观察水面波的衍射的实验装置中，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波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离等于一个波长，则关于波经过孔之后的传播情况，下列说法中正确的是(　B　)
A. 不能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AB扩大，能观察到更明显的衍射现象
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
解析：由图可知，水波的波长大于孔的尺寸，则能观察到波的衍射现象，A错误；衍射前后水波的波速和频率都不变，则波长不变，即挡板前后波纹间距离相等，B正确；如果将孔AB扩大，当孔的尺寸大于水波的波长时，不能观察到更明显的衍射现象，C错误；如果孔的大小不变，使波源频率增大，则波长减小，不能观察到更明显的衍射现象，D错误．
配套新练案
考向1　波的反射和折射
1. (多选)下列说法中正确的是(　CD　)
A. 入射波面与法线的夹角为入射角
B. 入射波面与界面的夹角为入射角
C. 入射波线与法线的夹角为入射角
D. 反射角跟入射角相等
解析：根据波的反射定律知C、D正确．
2. (多选)关于波的反射，下列说法中正确的是(　ACD　)
A. 波在反射前后，在同种介质中传播
B. 波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长变短
C. 波发生反射时，波的频率、波长、波速均不变
D. 波发生反射时，反射角始终等于入射角
解析：波的反射是波在介质界面上反射回同一种介质中继续传播的现象；由于传播介质不变，所以波速、频率、波长均不变；由反射定律知反射角等于入射角．故A、C、D正确．
3. (2024·江门期末)根据波的反射和折射原理，下列说法中正确的是(　C　)
A. 声波从空气传到平静的湖面上，声波只在水面处发生反射
B. 声波从空气传到平静的湖面上，声波只在水面处发生折射
C. 声波从空气传到平静的湖面上时既发生反射，又发生折射
D. 声波从空气传到平静的湖面上时既不发生反射，又不发生折射
解析：波从空气传到平静的湖面上时既发生反射现象，又发生折射现象，C正确．
考向2　波的衍射
4. 如图所示，当波源和障碍物都静止不动时，波源发出的波在障碍物处不能发生明显衍射，下列措施可能使波发生较为明显衍射的是(　B　)
A. 增大障碍物的长度
B. 增大波长
C. 减小波长
D. 增大波源的振动频率
5. (2024·江苏泰州中学)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(　D　)
A B
C D
解析：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的衍射图样错误，A错误；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，由图可知图B中孔的尺寸大于波的波长，故不会发生明显衍射，波应按直线传播，不会明显出现在障碍物后方，B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，C错误， D正确．
6. (2024·福建厦门双十中学)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(　B　)
A. B侧波是衍射波
B. A侧波速与B侧波速相等
C. 增大水波波源的频率，衍射现象将更明显
D. 增大挡板之间的距离，衍射现象将更明显
解析：挡板左边是衍射波的波源，A错误；在同一种介质水中，机械波的波速相等，B正确；波速不变，增大水波波源的频率，水波的波长将减小，而挡板间距没变，所以衍射现象将没有原来的明显，C错误；在波长没改变的情况下，增大挡板间距，衍射现象将没有原来的明显，D错误．
7. (2024·安徽合肥一中)下列关于波的衍射的说法中，正确的是(　B　)
A. 衍射是机械波特有的现象
B. 对同一列波，缝、孔或障碍物的尺寸比波长小时有明显衍射现象
C. 只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象
D. 声波容易发生明显衍射现象是由于声波波长较大，频率较高
解析：所有波都能发生衍射现象，A、C错误；发生明显的衍射现象是有条件的，只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象，B正确；人耳能听到的声波的波长在1.7 cm到17 m之间，一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比，所以声波容易发生衍射现象，而声波的波长越大，频率越低，D错误．
8. (2024·华南师范大学附中)(多选)如图是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O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)之间距离表示一个波长，则(　BC　)
A. 挡板前后水波传播速度不相等
B. 此时能观察到明显的衍射现象
C. 如果将孔AB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，将波源的频率增大，能更明显地观察到衍射现象
解析：波通过孔后，波速、频率、波长不变，A错误；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，B正确；如果将孔AB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，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λ＝ 可知，波长减小，可能观察不到明显的衍射现象，D错误．
9. (2024·安徽合肥一中学)(多选)如图甲所示为一列简谐横波在t＝4 s时的波形图，图乙为介质中平衡位置在x＝2.5 m处的质点P的振动图像．下列说法中正确的是(　BD　)
甲 乙
A. 该横波沿x轴正方向传播
B. 该横波的波速为0.5 m/s
C. 0～2 s时间内，质点P运动的位移为16 cm
D. 若该横波传播过程中遇到宽度为0.2 m的障碍物，会观察到明显的衍射现象
解析：根据图乙的振动图像可知，在x＝2.5 m处的P点质点在t＝4 s时振动方向向上，结合图甲的波形图可知，该波向x轴负方向传播，A错误；由图甲可知该简谐横波波长λ＝2 m，由图乙可知周期T＝4 s，则波速v＝m/s＝0.5 m/s，B正确；0～2 s时间内，质点P运动的位移为0，C错误；当障碍物尺寸与波长相差不多或小于波长时可发生明显的衍射现象，所以该横波传播过程遇到宽度为0.2 m的障碍物，会观察到明显的衍射现象，D正确．
10. 如图所示，P为桥墩，A为靠近桥墩浮在水面上的一片树叶，波源S连续振动，形成水波，此时树叶A静止不动．为使水波能带动树叶A振动，可采用的方法是(　B　)
A. 提高波源的频率
B. 降低波源的频率
C. 增加波源与桥墩的距离
D. 增大波源的振幅
解析：发生明显衍射的条件是障碍物的尺寸与波长差不多或更小，提高波源的频率，根据v＝fλ，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．增加波源与桥墩的距离或增大波源的振幅不会改变波长．故选B.
11. 渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位．已知某超声波频率为1.0×105 Hz，某时刻该超声波在水中传播的波动图像如图所示．
(1) 从该时刻开始计时，画出x＝7.5×10-3m处质点做简谐运动的振动图像(一个周期).
答案：见解析
解析：如图所示．
(2) 测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为4 s，求鱼群与渔船间的距离．(忽略船和鱼群的运动)
答案：3 000 m
解析：由波形图读出波长λ＝15×10-3 m，由波速公式得v＝fλ鱼群与渔船的距离为x＝vt
联立解得x＝3 000 m课时3　波的反射、折射和衍射
核心 目标 1. 认识波的反射和折射现象，知道反射波和折射波的频率、波速和波长的变化关系．
2. 知道波的衍射现象，知道发生明显衍射现象的条件，了解波的衍射在生活中的运用．
要点梳理
要点1　波的反射
1. 反射现象
波遇到介质界面会__ __来继续传播的现象．
2. 反射角与入射角
(1) 入射角：__ __的波线与法线的夹角，如图中的α.
(2) 反射角：__ __的波线与法线的夹角，如图中的β.
3. 反射定律
反射波线、法线、入射波线在__ __内，且反射角__ __入射角．
要点2　波的折射
1. 波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波__ __发生偏折的现象叫作波的折射．
2. 一切波都会发生__ __现象．
要点3　波的衍射
1. 定义
波可以__ __继续传播，这种现象叫作波的衍射．
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__ __或者比波长__ __时，才能观察到明显的衍射现象．
3. 一切波都能发生__ __，__ __是波特有的现象．
即学即用
1. 易错辨析
(1) 夏日的雷声有时轰鸣不绝是声音的反射现象．(　　)
(2) 波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射．(　　)
(3) 衍射是横波特有的现象，纵波不能发生衍射．(　　)
(4) 波发生反射或折射时，频率、波速均不变．(　　)
2. (2024·安徽淮南第二中学)挡板M是固定的，挡板N是可以上下移动的．现在把M、N两块挡板中的空隙当作一个“小孔”做水波的衍射实验，出现了图示中的图样，P点的水没有振动起来．为了使挡板左边的振动传到P点，可以采用的办法是(　　)
A. 减小振源的频率
B. 使振源向左移动
C. 挡板N向下移动
D. 增大振源的振幅
考向1　波的反射和折射
1. 反射波的波长、波速、频率跟入射波的__相同__．利用回声测距是波的反射的一个重要应用．它的特点是声源正对障碍物，声源发出的声波与回声在同一条直线上传播．
(1) 若是一般情况下的反射，反射波和入射波是遵从反射定律，可用反射定律作图后再求解．
(2) 若声源运动，声源发出的原声至障碍物再返回至声源的这段时间与声源的运动__时间__相同．
2. 波发生折射的原因：是波在不同介质中的__速度__不同．
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．入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比．即＝.
　如图所示是声波从介质Ⅰ进入介质Ⅱ的折射情况，由图判断，下列说法中正确的是(　　)
A. 折射角小于入射角，声波在介质Ⅰ中的波速大于它在介质Ⅱ中的波速
B. 折射角大于入射角，介质Ⅰ可能是空气，介质Ⅱ可能是水
C. 折射角大于入射角，介质Ⅰ可能是钢铁，介质Ⅱ可能是空气
D. 介质Ⅰ中波速v1与介质Ⅱ中波速v2满足＝
　(2024·广州期末)水上乐园的冲浪池示意图如图所示，波浪从深水区向浅水区传播时，波长将变短．图中游客在波浪池中随波浪运动，下列说法中正确的是(　　)
A. 游客将随波浪冲到浅水区
B. 此时游客正在向上运动
C. 冲浪池表面的波浪属于纵波
D. 波浪传到浅水区频率增大
解答波的折射问题的注意事项
1. 当波从一种介质垂直射入另一种介质时，波的传播方向不变．
2. 折射波的频率与入射波的频率相同，波速、波长不同．
考向2　波的衍射
1. 衍射的实质：振动的形式和能量传到障碍物后方的阴影区域中．
2. 波的衍射总是存在的，应该说衍射是没有条件的，只有“明显”与“不明显”的差异．
3. 波的衍射实质分析：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)，在小孔(或障碍物)后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象．
4. 产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸跟__波长相差不多__或__比波长小__．
　(2024·安徽合肥期末)在水槽中放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况，保持狭缝的宽度不变，改变水波的波长，得到三幅照片如甲、乙、丙所示，对应的水波波长分别为λ1、λ2 、λ3，下列说法中正确的是(　　)
甲 乙
丙
A. 这是水波的反射现象
B. 这是水波的折射现象
C. 对应的波长关系为λ1>λ2>λ3
D. 对应的波长关系为λ1<λ2<λ3
　如图所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60 m，在防波堤后A、B两处有两艘小船进港躲避风浪．某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播．下列说法中正确的是(　　)
A. 假设波浪的波长约为60 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响
B. 假设波浪的波长约为60 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响
C. 无论波浪的波长约为10 m还是60 m，则A、B两处小船都明显受到波浪影响
D. 无论波浪的波长约为10 m还是60 m，则A、B两处小船都基本上不受波浪影响
1. 障碍物或孔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，一般情况下，波长较大的波容易发生明显衍射现象．
2. 当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射．
1. 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
2. (2024·江苏镇江第一中学)如图所示，在观察水面波的衍射的实验装置中，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波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离等于一个波长，则关于波经过孔之后的传播情况，下列说法中正确的是(　　)
A. 不能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AB扩大，能观察到更明显的衍射现象
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
配套新练案
考向1　波的反射和折射
1. (多选)下列说法中正确的是(　　)
A. 入射波面与法线的夹角为入射角
B. 入射波面与界面的夹角为入射角
C. 入射波线与法线的夹角为入射角
D. 反射角跟入射角相等
2. (多选)关于波的反射，下列说法中正确的是(　　)
A. 波在反射前后，在同种介质中传播
B. 波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长变短
C. 波发生反射时，波的频率、波长、波速均不变
D. 波发生反射时，反射角始终等于入射角
3. (2024·江门期末)根据波的反射和折射原理，下列说法中正确的是(　　)
A. 声波从空气传到平静的湖面上，声波只在水面处发生反射
B. 声波从空气传到平静的湖面上，声波只在水面处发生折射
C. 声波从空气传到平静的湖面上时既发生反射，又发生折射
D. 声波从空气传到平静的湖面上时既不发生反射，又不发生折射
考向2　波的衍射
4. 如图所示，当波源和障碍物都静止不动时，波源发出的波在障碍物处不能发生明显衍射，下列措施可能使波发生较为明显衍射的是(　　)
A. 增大障碍物的长度
B. 增大波长
C. 减小波长
D. 增大波源的振动频率
5. (2024·江苏泰州中学)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
6. (2024·福建厦门双十中学)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侧波是衍射波
B. A侧波速与B侧波速相等
C. 增大水波波源的频率，衍射现象将更明显
D. 增大挡板之间的距离，衍射现象将更明显
7. (2024·安徽合肥一中)下列关于波的衍射的说法中，正确的是(　　)
A. 衍射是机械波特有的现象
B. 对同一列波，缝、孔或障碍物的尺寸比波长小时有明显衍射现象
C. 只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象
D. 声波容易发生明显衍射现象是由于声波波长较大，频率较高
8. (2024·华南师范大学附中)(多选)如图是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O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)之间距离表示一个波长，则(　　)
A. 挡板前后水波传播速度不相等
B. 此时能观察到明显的衍射现象
C. 如果将孔AB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，将波源的频率增大，能更明显地观察到衍射现象
9. (2024·安徽合肥一中学)(多选)如图甲所示为一列简谐横波在t＝4 s时的波形图，图乙为介质中平衡位置在x＝2.5 m处的质点P的振动图像．下列说法中正确的是(　　)
甲 乙
A. 该横波沿x轴正方向传播
B. 该横波的波速为0.5 m/s
C. 0～2 s时间内，质点P运动的位移为16 cm
D. 若该横波传播过程中遇到宽度为0.2 m的障碍物，会观察到明显的衍射现象
10. 如图所示，P为桥墩，A为靠近桥墩浮在水面上的一片树叶，波源S连续振动，形成水波，此时树叶A静止不动．为使水波能带动树叶A振动，可采用的方法是(　　)
A. 提高波源的频率
B. 降低波源的频率
C. 增加波源与桥墩的距离
D. 增大波源的振幅
11. 渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位．已知某超声波频率为1.0×105 Hz，某时刻该超声波在水中传播的波动图像如图所示．
(1) 从该时刻开始计时，画出x＝7.5×10-3m处质点做简谐运动的振动图像(一个周期).
(2) 测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为4 s，求鱼群与渔船间的距离．(忽略船和鱼群的运动)(共40张PPT)
第三章
机械波
课时3　波的反射、折射和衍射
核心 目标 1. 认识波的反射和折射现象，知道反射波和折射波的频率、波速和波长的变化关系．
2. 知道波的衍射现象，知道发生明显衍射现象的条件，了解波的衍射在生活中的运用．
必备知识 记忆理解
1. 反射现象
波遇到介质界面会_______来继续传播的现象．
2. 反射角与入射角
(1) 入射角：_________的波线与法线的夹角，如图中的α.
(2) 反射角：_________的波线与法线的夹角，如图中的β.
3. 反射定律
反射波线、法线、入射波线在___________内，且反射角_______入射角．
要点
1
波的反射
返回
入射波
反射波
同一平面
等于
1. 波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波_____________发生偏折的现象叫作波的折射．
2. 一切波都会发生_______现象．
要点
2
波的折射
传播的方向
折射
1. 定义
波可以_____________继续传播，这种现象叫作波的衍射．
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___________或者比波长_____时，才能观察到明显的衍射现象．
3. 一切波都能发生_______，_______是波特有的现象．
要点
3
波的衍射
绕过障碍物
相差不多
小
衍射
衍射
1. 易错辨析
(1) 夏日的雷声有时轰鸣不绝是声音的反射现象． (　　)
(2) 波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射． (　　)
(3) 衍射是横波特有的现象，纵波不能发生衍射． (　　)
(4) 波发生反射或折射时，频率、波速均不变． (　　)
√
×
×
×
2. (2024·安徽淮南第二中学)挡板M是固定的，挡板N是可以上下移动的．现在把M、N两块挡板中的空隙当作一个“小孔”做水波的衍射实验，出现了图示中的图样，P点的水没有振动起来．为了使挡板左边的振动传到P点，可以采用的办法是
(　　)
A. 减小振源的频率
B. 使振源向左移动
C. 挡板N向下移动
D. 增大振源的振幅
解析：P点的水没有振动起来，说明P点波没有明显衍射过去，原因是挡板M、N间的缝太宽或波长太小，因此若要使P点的水振动起来，可采用N板上移减小小孔的间距；也可以增大水波的波长，即减小振源的频率．故选A.
A
把握考向 各个击破
波的反射和折射
1. 反射波的波长、波速、频率跟入射波的　相同　．利用回声测距是波的反射的一个重要应用．它的特点是声源正对障碍物，声源发出的声波与回声在同一条直线上传播．
(1) 若是一般情况下的反射，反射波和入射波是遵从反射定律，可用反射定律作图后再求解．
(2) 若声源运动，声源发出的原声至障碍物再返回至声源的这段时间与声源的运动　时间　相同．
考向
1
2. 波发生折射的原因：是波在不同介质中的　速度　不同．
　　　如图所示是声波从介质Ⅰ进入介质Ⅱ的折射情况，由图判断，下列说法中正确的是 (　　)
A. 折射角小于入射角，声波在介质Ⅰ中的波速大于它在
介质Ⅱ中的波速
B. 折射角大于入射角，介质Ⅰ可能是空气，介质Ⅱ可能是水
C. 折射角大于入射角，介质Ⅰ可能是钢铁，介质Ⅱ可能是空气
1
A
　　　(2024·广州期末)水上乐园的冲浪池示意图如图所示，波浪从深水区向浅水区传播时，波长将变短．图中游客在波浪池中随波浪运动，下列说法中正确的是
(　　)
A. 游客将随波浪冲到浅水区
B. 此时游客正在向上运动
C. 冲浪池表面的波浪属于纵波
D. 波浪传到浅水区频率增大
2
解析：根据机械振动的特点，可知游客在所处位置上下运动，不会随波浪冲到浅水区，A错误；根据上下坡法可知，此时游客正在向上运动，B正确；冲浪池表面的波浪属于横波，C错误；波浪从深水区传到浅水区频率不变，D错误．
B
解答波的折射问题的注意事项
1. 当波从一种介质垂直射入另一种介质时，波的传播方向不变．
2. 折射波的频率与入射波的频率相同，波速、波长不同．
波的衍射
1. 衍射的实质：振动的形式和能量传到障碍物后方的阴影区域中．
2. 波的衍射总是存在的，应该说衍射是没有条件的，只有“明显”与“不明显”的差异．
3. 波的衍射实质分析：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)，在小孔(或障碍物)后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象．
4. 产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸跟　波长相差不多　或　比波长小　．
考向
2
　　　(2024·安徽合肥期末)在水槽中放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况，保持狭缝的宽度不变，改变水波的波长，得到三幅照片如甲、乙、丙所示，对应的水波波长分别为λ1、λ2 、λ3，下列说法中正确的是 (　　)
A. 这是水波的反射现象
B. 这是水波的折射现象
C. 对应的波长关系为
λ1>λ2>λ3
D. 对应的波长关系为λ1<λ2<λ3
3
解析：这是水波的衍射现象，A、B错误；随着波长的减小，当波长与狭缝宽度相比非常小时，水波将沿直线传播，衍射现象变得不明显，所以对应的波长关系为λ1>λ2>λ3，C正确，D错误．
C
　　　如图所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60 m，在防波堤后A、B两处有两艘小船进港躲避风浪．某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播．下列说法中正确的是 (　　)
A. 假设波浪的波长约为60 m，则A、B两处小船基本上
不受波浪影响
B. 假设波浪的波长约为60 m，则A、B两处小船明显受到
波浪影响
C. 无论波浪的波长约为10 m还是60 m，则A、B两处小船
都明显受到波浪影响
D. 无论波浪的波长约为10 m还是60 m，则A、B两处小船都基本上不受波浪影响
4
B
解析：当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长相差不多时才能发生明显的衍射现象，波浪的波长约为10 m时，不能发生明显的衍射现象，则A、B两处小船基本上不受波浪影响，C、D错误；波浪的波长约为60 m时，能发生明显的衍射现象，则A、B两处小船明显受到波浪影响，B正确，A错误．
1. 障碍物或孔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，一般情况下，波长较大的波容易发生明显衍射现象．
2. 当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射．
随堂内化 即时巩固
1. 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
解析：波发生反射时，在同一种介质中运动，因此波长、波速和频率不变，故A、B错误；波发生折射时，频率不变，波速变化，波长变化，故C错误，D正确．
D
2. (2024·江苏镇江第一中学)如图所示，在观察水面波的衍射的实验装置中，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波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离等于一个波长，则关于波经过孔之后的传播情况，下列说法中正确的是 (　　)
A. 不能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AB扩大，能观察到更明显的衍射现象
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
B
解析：由图可知，水波的波长大于孔的尺寸，则能观察到波的衍射现象，A错误；衍射前后水波的波速和频率都不变，则波长不变，即挡板前后波纹间距离相等，B正确；如果将孔AB扩大，当孔的尺寸大于水波的波长时，不能观察到更明显的衍射现象，C错误；如果孔的大小不变，使波源频率增大，则波长减小，不能观察到更明显的衍射现象，D错误．
配套新练案
解析：根据波的反射定律知C、D正确．
考向1　波的反射和折射
1. (多选)下列说法中正确的是 (　　)
A. 入射波面与法线的夹角为入射角
B. 入射波面与界面的夹角为入射角
C. 入射波线与法线的夹角为入射角
D. 反射角跟入射角相等
CD
2. (多选)关于波的反射，下列说法中正确的是 (　　)
A. 波在反射前后，在同种介质中传播
B. 波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长变短
C. 波发生反射时，波的频率、波长、波速均不变
D. 波发生反射时，反射角始终等于入射角
解析：波的反射是波在介质界面上反射回同一种介质中继续传播的现象；由于传播介质不变，所以波速、频率、波长均不变；由反射定律知反射角等于入射角．故A、C、D正确．
ACD
3. (2024·江门期末)根据波的反射和折射原理，下列说法中正确的是 (　　)
A. 声波从空气传到平静的湖面上，声波只在水面处发生反射
B. 声波从空气传到平静的湖面上，声波只在水面处发生折射
C. 声波从空气传到平静的湖面上时既发生反射，又发生折射
D. 声波从空气传到平静的湖面上时既不发生反射，又不发生折射
解析：波从空气传到平静的湖面上时既发生反射现象，又发生折射现象，C正确．
C
考向2　波的衍射
4. 如图所示，当波源和障碍物都静止不动时，波源发出的波在障碍物处不能发生明显衍射，下列措施可能使波发生较为明显衍射的是 (　　)
A. 增大障碍物的长度
B. 增大波长
C. 减小波长
D. 增大波源的振动频率
B
5. (2024·江苏泰州中学)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 (　　)
D
解析：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的衍射图样错误，A错误；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，由图可知图B中孔的尺寸大于波的波长，故不会发生明显衍射，波应按直线传播，不会明显出现在障碍物后方，B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，C错误， D正确．
6. (2024·福建厦门双十中学)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侧波是衍射波
B. A侧波速与B侧波速相等
C. 增大水波波源的频率，衍射现象将更明显
D. 增大挡板之间的距离，衍射现象将更明显
解析：挡板左边是衍射波的波源，A错误；在同一种介质水中，机械波的波速相等，B正确；波速不变，增大水波波源的频率，水波的波长将减小，而挡板间距没变，所以衍射现象将没有原来的明显，C错误；在波长没改变的情况下，增大挡板间距，衍射现象将没有原来的明显，D错误．
B
7. (2024·安徽合肥一中)下列关于波的衍射的说法中，正确的是 (　　)
A. 衍射是机械波特有的现象
B. 对同一列波，缝、孔或障碍物的尺寸比波长小时有明显衍射现象
C. 只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象
D. 声波容易发生明显衍射现象是由于声波波长较大，频率较高
解析：所有波都能发生衍射现象，A、C错误；发生明显的衍射现象是有条件的，只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象，B正确；人耳能听到的声波的波长在1.7 cm到17 m之间，一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比，所以声波容易发生衍射现象，而声波的波长越大，频率越低，D错误．
B
8. (2024·华南师范大学附中)(多选)如图是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O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)之间距离表示一个波长，则 (　　)
A. 挡板前后水波传播速度不相等
B. 此时能观察到明显的衍射现象
C. 如果将孔AB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，将波源的频率增大，能更明显地
观察到衍射现象
BC
9. (2024·安徽合肥一中学)(多选)如图甲所示为一列简谐横波在t＝4 s时的波形图，图乙为介质中平衡位置在x＝2.5 m处的质点P的振动图像．下列说法中正确的是
(　　)
A. 该横波沿x轴正方向传播
B. 该横波的波速为0.5 m/s
C. 0～2 s时间内，质点P运动的位移为16 cm
D. 若该横波传播过程中遇到宽度为0.2 m的障碍物，会观察到明显的衍射现象
BD
10. 如图所示，P为桥墩，A为靠近桥墩浮在水面上的一片树叶，波源S连续振动，形成水波，此时树叶A静止不动．为使水波能带动树叶A振动，可采用的方法是 (　　)
A. 提高波源的频率
B. 降低波源的频率
C. 增加波源与桥墩的距离
D. 增大波源的振幅
解析：发生明显衍射的条件是障碍物的尺寸与波长差不多或更小，提高波源的频率，根据v＝fλ，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．增加波源与桥墩的距离或增大波源的振幅不会改变波长．故选B.
B
11. 渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位．已知某超声波频率为1.0×105 Hz，某时刻该超声波在水中传播的波动图像如图所示．
(1) 从该时刻开始计时，画出x＝7.5×10-3m处质点
做简谐运动的振动图像(一个周期).
答案：见解析
解析：如图所示．
(2) 测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为4 s，求鱼群与渔船间的距离．(忽略船和鱼群的运动)
答案：3 000 m
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