资源简介

(共47张PPT)
3　波的反射、折射和衍射
[定位·学习目标]　
1.通过阅读教材,知道什么是波的反射、折射和衍射现象,形成物理观念。2.经历探究波的明显衍射现象条件的过程,知道发生明显衍射现象的条件,培养科学思维和科学探究意识。3.通过波的几种实例现象培养观察、分析和归纳的能力。
探究·必备知识
知识点一　波的反射
「探究新知」
1.反射现象:波遇到介质界面(如水波遇到挡板)时会返回原介质继续传播的现象。
2.反射规律:反射线、法线与入射线在同一 内,反射线与入射线分居 两侧,反射角 入射角。
注意:反射波与入射波的波长、频率、波速都相等,但由于反射面吸收一部分能量,反射波传播的能量将减少。
平面
法线
等于
正误辨析
(1)入射波的波线与界面的夹角叫入射角。(　 　)
(2)入射波的波长和反射波的波长相等。(　 　)
(3)水波的反射与初中学过的光的反射遵循同样的规律。(　 　)
×
√
√
知识点二　波的折射
「探究新知」
1.波的折射:光从一种介质进入另一种介质时会发生折射,同样,一切波都会发生 现象。
2.水波的折射:水波在深度不同的水域传播时,在交界处将发生 。
折射
折射
正误辨析
(1)一切波都会发生折射现象。(　 　)
(2)波在发生折射后,其频率和波速都不发生变化。(　 　)
×
√
知识点三　波的衍射
「探究新知」
1.定义
波可以绕过 继续传播的现象。
2.实验及现象
(1)实验装置:在水槽里放两块挡板,中间留一个 。
(2)现象:①狭缝宽度比波长大得多时,波的传播如同光沿 传播一样,挡板后面产生“ ”。②狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时,水波可以 挡板后面继续传播。
障碍物
狭缝
直线
阴影区
绕到
3.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。
4.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。
相差不多
更小
正误辨析
(1)一切波都能发生折射和衍射现象。(　 　)
(2)当缝或孔的尺寸比波长大得多时,就不会发生衍射现象。(　 　)
(3)不只是水波,声波也发生衍射。(　 　)
(4)“闻其声不见其人”,是指声波的衍射现象。(　 　)
(5)衍射是波特有的现象。(　 　)
√
×
√
√
√
突破·关键能力
要点一　波的反射和折射
「情境探究」
请探究以下两个问题。
探究:(1)夏日的雷声为什么轰鸣不绝 在空房间里讲话声音更响亮是怎么回事
【答案】 (1)夏日的雷声轰鸣不绝是因为声波在云层界面多次反射;声波在房间里遇到墙壁、地面或天花板发生反射时,由于距离近,原声与回声几乎同时到达人耳。人耳只能区分相差0.1 s以上的声音,所以人在房间里讲话感觉声音比在空旷处大。如果房间里有幔帐、地毯、衣物等,它们会吸收声波,从而使声音减弱。
(2)如图所示为两波的示意图,波由介质Ⅰ进入介质Ⅱ时频率变化吗 波长变化吗
【答案】 (2)频率不变化,波长改变。
1.波的反射和折射的比较
波向前传播时会在两介质的界面上同时发生反射和折射现象,一些物理量相应发生了变化,比较如下:
「要点归纳」
项目 波的反射 波的折射
传播方向 改变,θ反=θ入 改变,θ折≠θ入
频率f 不变 不变
波速v 不变 改变
波长λ 不变 改变
2.图形示例
3.说明
(1)频率f由波源决定,故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率相同,即与波源的振动频率相同。
(2)波速v由介质决定,因反射波与入射波在同一介质中传播,故波速不变;而折射波与入射波在不同介质中传播,所以波速变化。
(3)根据v=λf知,波长λ与v及f有关,即与介质及波源有关,反射波与入射波在同一介质中传播,频率相同,故波长相同;折射波与入射波在不同介质中传
播,f相同,v不同,故λ不同。
[例1] (对波的折射现象的理解) 如图所示1、2、3中分别代表入射波、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
「典例研习」
D
【解析】 反射波2的波长、频率、波速与入射波1的波长、频率、波速都相等,A、B错误;折射波3的波长、波速与入射波1的波长、波速都不等,但频率是相等的,C错误,D正确。
·规律总结·
(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的,可用反射定律作图后再求解。
(2)解决波的反射问题,关键是根据物理情境规范作出几何图形,然后利用几何知识结合物理规律进行解题。
C
[思路引导] 根据反射定律画出声波传播的示意图,再用速度公式求时间。
要点二　波的衍射
「情境探究」
许多人可能都有这样的体验:当我们听自己说话的录音时,会感到与我们平时说话时所听到的自己的声音有很大的不同,但听别人说话的录音时就没有这种感觉。为什么听自己的录音会感到与平时声音有很大的不同呢
【答案】 这种现象显然不是录音失真造成的,而是与波的衍射有关的一种物理现象。声音从人的声带传到说话人的耳朵所涉及的物理过程主要是波的衍射。当波在传播过程中遇到障碍物,或者遇到带孔隙的隔板时,在特定的条件下就会发生明显衍射。我们说话时声带振动发出的声音就是这样经口、面颊、耳郭传到自己的耳朵,使声音的直线传播发生改变。当我们的声音从外部声源直接到达我们的耳朵时,比如从扬声器或由耳机直接送入时,衍射就不起什么作用了。
「要点归纳」
1.发生明显衍射现象的条件
只有当缝、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。
2.正确理解衍射现象
(1)衍射是波特有的现象,一切波都会发生衍射现象,凡是能发生衍射现象的一定是波。
(2)衍射现象总是存在的,只有明显与不明显的差异,没有“不发生衍射”之说。
(3)障碍物或孔的尺寸大小,并不是决定衍射是否能发生的条件,仅是判断衍射现象表现是否明显的条件。
(4)一般情况下,波长较大的波容易发生显著的衍射现象。
(5)当孔的尺寸远小于波长时,尽管衍射十分突出,但由于衍射波的能量很弱,衍射现象也不容易观察到。
3.衍射的成因
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),在孔(或障碍物)后传播,于是就出现了偏离直线方向传播的衍射现象。
4.生活中常见的波的衍射现象
(1)声波:声波的波长在1.7 cm～17 m之间,与一般障碍物的尺寸相比差不多,或比其大,故声波的衍射现象较为明显。
(2)水波:水面上传播的波能够越过水面上的芦苇、小石块等障碍物,都是典型的水波的衍射现象。
(3)无线电波:在房间中可以接收到收音机和电视信号,是电磁波的衍射现象。
[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)之间距离表示一个波长,则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]如果将孔AB扩大,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]如果孔的大小不变,使波源频率增大,一定能观察到明显的衍射现象
「典例研习」
ABC
【解析】 由题图可看出孔的尺寸跟波长差不多,所以能观察到明显的衍射现象,且挡板前后波长不变,即波纹之间距离相等,A、C正确;如将孔扩大到跟波长相差很多,则观察不到明显的衍射现象,B正确;若增大波源频率,则波长减小,有可能观察不到明显的衍射现象,D错误。
[思路引导] 波能发生明显衍射现象的条件是缝、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。在同种均匀介质中,波速一定,当改变波的频率时,也改变了波长的大小。
提升·核心素养
波的反射现象的应用
「核心归纳」
1.回声测距
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。利用回声测距时,要特别注意声源是否运动,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.超声波定位
蝙蝠、海豚能发出超声波。超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来,蝙蝠、海豚就是根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物的位置,从而确定飞行或游动方向。
「典例研习」
[例题] (回声测距)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,此时汽车与山崖距离多远 (v声=
340 m/s)
【答案】 325 m
[思路引导] 利用反射测距是一种常用的方法,此题注意汽车是运动的,应画出运动示意图,帮助分析解题。
检测·学习效果
1.下列现象属于波的衍射现象的是(　　)
[A]在空旷的山谷里喊叫,可以听到回声
[B]“空山不见人,但闻人语响”
[C]“余音绕梁,三日而不绝”
[D]夏日的雷声有时轰鸣不绝
B
【解析】 在空旷的山谷里叫喊,可以听到回声,这是声波的反射现象,故A错误;波遇到障碍物或小孔后继续传播的现象叫作波的衍射,“空山不见人,但闻人语响”是声波的衍射现象,故B正确;“余音绕梁,三日而不绝”,是声波的反射现象,故C错误;雷声有时轰鸣不绝,是声波的反射现象,故D错误。
2.如图所示,挡板M是固定的,挡板N可以上下移动。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,下列操作可行的是
(　　)
[A]撤去N板
[B]N板向上移动
[C]增大波源振动的频率
[D]增大波源振动的幅度
B
【解析】 P处的水没有振动,说明挡板右侧的衍射现象不够明显,原因是挡板M、N间的缝太宽或波的波长太小,因此若使P处的水振动,可采用N板上移以减小“小孔”的间距或增大波的波长,即减小频率,故选B。
3.(多选)如图所示,一小型渔港的防波堤两端M、N相距约60 m,在防波堤后A、B两处有两条小船进港躲避风浪。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,下列说法正确的是(　 　)
[A]假设波浪的波长约为10 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10 m,则A、B两处小船明显受到波浪影响
[C]假设波浪的波长约为50 m,则A、B两处小船基本上不受波浪影响
[D]假设波浪的波长约为50 m,则A、B两处小船明显受到波浪影响
AD
【解析】 因防波堤两端M、N相距60 m,当波浪的波长为10 m时,小于防波堤两端距离,所以不会有明显的衍射现象,A、B两处的小船基本上不受波浪影响,故A正确,B错误;当波浪的波长约为50 m时,与防波堤两端距离相差不大,会有明显衍射现象,A、B两处小船会受到波浪影响,故C错误,D正确。
4.某物体发出的声音在空气中的波长为1 m,波速为340 m/s,在海水中的波长为4.5 m。
(1)求该波的频率和在海水中的波速。
【答案】 (1)340 Hz　1 530 m/s
(2)若物体在海面上发出声音,经过0.5 s接收到回声,则海水深度为多少
【答案】 (2)382.5 m
(3)若物体以5 m/s的速度由海面向海底运动,则经过多长时间接收到回声
【答案】 (3)0.498 s
【解析】(3)物体与声音运动的过程示意图如图所示,设接收到回声的时间为t′,有v物t′+v海t′=2h,
解得t′=0.498 s。
感谢观看3　波的反射、折射和衍射
[定位·学习目标]　1.通过阅读教材,知道什么是波的反射、折射和衍射现象,形成物理观念。2.经历探究波的明显衍射现象条件的过程,知道发生明显衍射现象的条件,培养科学思维和科学探究意识。3.通过波的几种实例现象培养观察、分析和归纳的能力。
知识点一　波的反射
探究新知
1.反射现象:波遇到介质界面(如水波遇到挡板)时会返回原介质继续传播的现象。
2.反射规律: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。
注意:反射波与入射波的波长、频率、波速都相等,但由于反射面吸收一部分能量,反射波传播的能量将减少。
正误辨析
(1)入射波的波线与界面的夹角叫入射角。(　×　)
(2)入射波的波长和反射波的波长相等。(　√　)
(3)水波的反射与初中学过的光的反射遵循同样的规律。(　√　)
知识点二　波的折射
探究新知
1.波的折射:光从一种介质进入另一种介质时会发生折射,同样,一切波都会发生折射现象。
2.水波的折射:水波在深度不同的水域传播时,在交界处将发生折射。
正误辨析
(1)一切波都会发生折射现象。(　√　)
(2)波在发生折射后,其频率和波速都不发生变化。(　×　)
知识点三　波的衍射
探究新知
1.定义
波可以绕过障碍物继续传播的现象。
2.实验及现象
(1)实验装置:在水槽里放两块挡板,中间留一个狭缝。
(2)现象:①狭缝宽度比波长大得多时,波的传播如同光沿直线传播一样,挡板后面产生“阴影区”。②狭缝宽度与波长相差不多或狭缝宽度比波长更小时,水波可以绕到挡板后面继续传播。
3.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。
4.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。
正误辨析
(1)一切波都能发生折射和衍射现象。(　√　)
(2)当缝或孔的尺寸比波长大得多时,就不会发生衍射现象。(　×　)
(3)不只是水波,声波也发生衍射。(　√　)
(4)“闻其声不见其人”,是指声波的衍射现象。(　√　)
(5)衍射是波特有的现象。(　√　)
要点一　波的反射和折射
情境探究
请探究以下两个问题。
探究:(1)夏日的雷声为什么轰鸣不绝 在空房间里讲话声音更响亮是怎么回事
(2)如图所示为两波的示意图,波由介质Ⅰ进入介质Ⅱ时频率变化吗 波长变化吗
【答案】 (1)夏日的雷声轰鸣不绝是因为声波在云层界面多次反射;声波在房间里遇到墙壁、地面或天花板发生反射时,由于距离近,原声与回声几乎同时到达人耳。人耳只能区分相差0.1 s以上的声音,所以人在房间里讲话感觉声音比在空旷处大。如果房间里有幔帐、地毯、衣物等,它们会吸收声波,从而使声音减弱。
(2)频率不变化,波长改变。
要点归纳
1.波的反射和折射的比较
波向前传播时会在两介质的界面上同时发生反射和折射现象,一些物理量相应发生了变化,比较如下:
项目 波的反射 波的折射
传播方向 改变,θ反=θ入 改变,θ折≠θ入
频率f 不变 不变
波速v 不变 改变
波长λ 不变 改变
2.图形示例
3.说明
(1)频率f由波源决定,故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率相同,即与波源的振动频率相同。
(2)波速v由介质决定,因反射波与入射波在同一介质中传播,故波速不变;而折射波与入射波在不同介质中传播,所以波速变化。
(3)根据v=λf知,波长λ与v及f有关,即与介质及波源有关,反射波与入射波在同一介质中传播,频率相同,故波长相同;折射波与入射波在不同介质中传播,f相同,v不同,故λ不同。
典例研习
[例1] (对波的折射现象的理解) 如图所示1、2、3中分别代表入射波、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
【答案】 D
【解析】 反射波2的波长、频率、波速与入射波1的波长、频率、波速都相等,A、B错误;折射波3的波长、波速与入射波1的波长、波速都不等,但频率是相等的,C错误,D正确。
(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的,可用反射定律作图后再求解。
(2)解决波的反射问题,关键是根据物理情境规范作出几何图形,然后利用几何知识结合物理规律进行解题。
[例2] (波的反射现象的应用)甲、乙两人站在一堵墙前面,两人相距2a,到墙面的距离均为a。当甲开了一枪后,乙在t时间后听到第一声枪响,则乙听到第二声枪响的时间为(　　)
[A]听不到
[B]甲开枪后3t
[C]甲开枪后2t
[D]甲开枪后t
[思路引导] 根据反射定律画出声波传播的示意图,再用速度公式求时间。
【答案】 C
【解析】 乙听到的第一声枪响必然是甲开枪的声音直接传到乙的耳中,故t=。甲、乙两人及墙的位置如图所示,乙听到的第二声枪响必然是经墙反射传来的枪声,由反射定律可知,波线如图中AC和CB,由几何关系可得 ==2a,故第二声枪响传到乙耳中的时间为t′===2t。故选C。
要点二　波的衍射
情境探究
许多人可能都有这样的体验:当我们听自己说话的录音时,会感到与我们平时说话时所听到的自己的声音有很大的不同,但听别人说话的录音时就没有这种感觉。为什么听自己的录音会感到与平时声音有很大的不同呢
【答案】 这种现象显然不是录音失真造成的,而是与波的衍射有关的一种物理现象。声音从人的声带传到说话人的耳朵所涉及的物理过程主要是波的衍射。当波在传播过程中遇到障碍物,或者遇到带孔隙的隔板时,在特定的条件下就会发生明显衍射。我们说话时声带振动发出的声音就是这样经口、面颊、耳郭传到自己的耳朵,使声音的直线传播发生改变。当我们的声音从外部声源直接到达我们的耳朵时,比如从扬声器或由耳机直接送入时,衍射就不起什么作用了。
要点归纳
1.发生明显衍射现象的条件
只有当缝、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。
2.正确理解衍射现象
(1)衍射是波特有的现象,一切波都会发生衍射现象,凡是能发生衍射现象的一定是波。
(2)衍射现象总是存在的,只有明显与不明显的差异,没有“不发生衍射”之说。
(3)障碍物或孔的尺寸大小,并不是决定衍射是否能发生的条件,仅是判断衍射现象表现是否明显的条件。
(4)一般情况下,波长较大的波容易发生显著的衍射现象。
(5)当孔的尺寸远小于波长时,尽管衍射十分突出,但由于衍射波的能量很弱,衍射现象也不容易观察到。
3.衍射的成因
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),在孔(或障碍物)后传播,于是就出现了偏离直线方向传播的衍射现象。
4.生活中常见的波的衍射现象
(1)声波:声波的波长在1.7 cm～17 m之间,与一般障碍物的尺寸相比差不多,或比其大,故声波的衍射现象较为明显。
(2)水波:水面上传播的波能够越过水面上的芦苇、小石块等障碍物,都是典型的水波的衍射现象。
(3)无线电波:在房间中可以接收到收音机和电视信号,是电磁波的衍射现象。
典例研习
[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)之间距离表示一个波长,则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]如果将孔AB扩大,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]如果孔的大小不变,使波源频率增大,一定能观察到明显的衍射现象
[思路引导] 波能发生明显衍射现象的条件是缝、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。在同种均匀介质中,波速一定,当改变波的频率时,也改变了波长的大小。
【答案】 ABC
【解析】 由题图可看出孔的尺寸跟波长差不多,所以能观察到明显的衍射现象,且挡板前后波长不变,即波纹之间距离相等,A、C正确;如将孔扩大到跟波长相差很多,则观察不到明显的衍射现象,B正确;若增大波源频率,则波长减小,有可能观察不到明显的衍射现象,D错误。
波的反射现象的应用
核心归纳
1.回声测距
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。利用回声测距时,要特别注意声源是否运动,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。
(1)当声源不动时,声波遇到静止障碍物会被反射回来继续传播,由于反射波与入射波在同一介质中传播速度相同,因此,入射波和反射波在传播距离一样的情况下,用的时间相等。设经过时间t听到回声,则声源距障碍物的距离为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为s=(v声-v)。
2.超声波定位
蝙蝠、海豚能发出超声波。超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来,蝙蝠、海豚就是根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物的位置,从而确定飞行或游动方向。
典例研习
[例题] (回声测距)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,此时汽车与山崖距离多远 (v声=340 m/s)
[思路引导] 利用反射测距是一种常用的方法,此题注意汽车是运动的,应画出运动示意图,帮助分析解题。
【答案】 325 m
【解析】 如图所示为汽车与声波的运动过程示意图,设汽车由A到C路程为x1,C点到山崖B距离为x;声波由A到B再反射到C路程为x2,因汽车与声波运动时间同为t,则有x2=x1+2x,
即v声t=v汽t+2x,
所以x== m=325 m。
1.下列现象属于波的衍射现象的是(　　)
[A]在空旷的山谷里喊叫,可以听到回声
[B]“空山不见人,但闻人语响”
[C]“余音绕梁,三日而不绝”
[D]夏日的雷声有时轰鸣不绝
【答案】 B
【解析】 在空旷的山谷里叫喊,可以听到回声,这是声波的反射现象,故A错误;波遇到障碍物或小孔后继续传播的现象叫作波的衍射,“空山不见人,但闻人语响”是声波的衍射现象,故B正确;“余音绕梁,三日而不绝”,是声波的反射现象,故C错误;雷声有时轰鸣不绝,是声波的反射现象,故D错误。
2.如图所示,挡板M是固定的,挡板N可以上下移动。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,下列操作可行的是(　　)
[A]撤去N板
[B]N板向上移动
[C]增大波源振动的频率
[D]增大波源振动的幅度
【答案】 B
【解析】 P处的水没有振动,说明挡板右侧的衍射现象不够明显,原因是挡板M、N间的缝太宽或波的波长太小,因此若使P处的水振动,可采用N板上移以减小“小孔”的间距或增大波的波长,即减小频率,故选B。
3.(多选)如图所示,一小型渔港的防波堤两端M、N相距约60 m,在防波堤后A、B两处有两条小船进港躲避风浪。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,下列说法正确的是(　　)
[A]假设波浪的波长约为10 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10 m,则A、B两处小船明显受到波浪影响
[C]假设波浪的波长约为50 m,则A、B两处小船基本上不受波浪影响
[D]假设波浪的波长约为50 m,则A、B两处小船明显受到波浪影响
【答案】 AD
【解析】 因防波堤两端M、N相距60 m,当波浪的波长为10 m时,小于防波堤两端距离,所以不会有明显的衍射现象,A、B两处的小船基本上不受波浪影响,故A正确,B错误;当波浪的波长约为50 m时,与防波堤两端距离相差不大,会有明显衍射现象,A、B两处小船会受到波浪影响,故C错误,D正确。
4.某物体发出的声音在空气中的波长为1 m,波速为340 m/s,在海水中的波长为4.5 m。
(1)求该波的频率和在海水中的波速。
(2)若物体在海面上发出声音,经过0.5 s接收到回声,则海水深度为多少
(3)若物体以5 m/s的速度由海面向海底运动,则经过多长时间接收到回声
【答案】 (1)340 Hz　1 530 m/s　(2)382.5 m　(3)0.498 s
【解析】 (1)波的频率f=,
解得f= Hz=340 Hz,
因波的频率不变,则在海水中的波速为v海=fλ′,
解得v海=340×4.5 m/s=1 530 m/s。
(2)入射声波和反射声波速度大小相等,则海水深度为h=v海·,
解得h=1 530× m=382.5 m。
(3)物体与声音运动的过程示意图如图所示,设接收到回声的时间为t′,有v物t′+v海t′=2h,
解得t′=0.498 s。
课时作业
(分值:60分)
考点一　波的反射和折射
1.(4分)(2024·宁夏石嘴山期中)关于波的反射与折射,下列说法正确的是(　　)
[A]波发生反射时,波的频率不变,波速变小,波长变短
[B]波发生反射时,波的频率、波长、波速大小均不变
[C]波发生折射时,波的频率、波长、波速大小均发生变化
[D]波发生折射时,波的频率发生改变,但波长、波速大小不变
【答案】 B
【解析】 波发生反射时,波在同一种介质中传播,波的频率、波长、波速大小均不变,故A错误,B正确;波发生折射时,波速发生变化,波的频率由波源决定,则波的频率不变,由λ=知,波长发生变化,故C、D错误。
2.(6分)(多选)一声波在空气中的波长为40 cm,速度为340 m/s,当折射入介质1中后,波长变为100 cm,下列说法正确的是(　　)
[A]在空气中的频率为8.5 Hz
[B]在空气中的频率为850 Hz
[C]在介质1中的传播速度为85 m/s
[D]在介质1中的传播速度为850 m/s
【答案】 BD
【解析】 在空气中的频率为f== Hz=850 Hz,故A错误,B正确;根据波在不同介质中传播频率不变可知,声波进入介质1后的频率还是850 Hz,则传播速度为v′=fλ′=850×1 m/s=850 m/s,故C错误,D正确。
3.(4分)当一名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0.3 s听到右边山坡反射回来的声音,又经过1.6 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]221 m [B]442 m [C]374 m [D]646 m
【答案】 C
【解析】 右边的声波从发出到反射回来所用时间为 t1=0.3 s,左边的声波从发出到反射回来所用的时间为t2=1.9 s。山谷的宽度s=v(t1+t2)=×340×2.2 m=374 m,故C正确。
考点二　波的衍射
4.(6分)(多选) 下列说法正确的是(　　)
[A]波的衍射现象必须具备一定的条件,否则不可能发生衍射现象
[B]要观察到水波明显的衍射现象,必须使狭缝的宽度远大于水波波长
[C]波长越长的波,越容易发生明显的衍射现象
[D]只有波才有衍射现象
【答案】 CD
【解析】 衍射是波特有的现象,即任何波都会发生衍射现象,只不过存在明显与不明显的差别而已,只有当障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或者比波长小时,才会观察到明显的衍射现象,选项A、B错误,C、D正确。
5.(4分)(2024·江苏泰州期末)如图所示是利用水波槽观察到的水波衍射图样,从图样可知(　　)
[A]B侧波是衍射波
[B]A侧相邻波纹间距大于B侧相邻波纹间距
[C]如果孔的大小不变,减小水波波源的频率,衍射现象将更明显
[D]增大挡板间距,衍射现象将更明显
【答案】 C
【解析】 由题图可知,A侧波是衍射波,选项A错误;两侧的波的频率和波速相同,则波长相同,即A侧相邻波纹间距等于B侧相邻波纹间距,选项B错误;当孔的尺寸与波长差不多或者小于波长时,会产生明显的衍射现象,如果孔的大小不变,减小水波波源的频率,则波长变大,衍射现象将更明显,选项C正确;增大挡板间距,衍射现象将变得不明显,选项D错误。
6.(4分)(2024·陕西西安期末)如图所示,S为波源,M、N为两块挡板,其中M板固定,N板可上下移动,两板中间有一狭缝,此时测得A点没有振动,为了使A点能发生振动,可采用的方法有:①增大波源的频率;②减小波源的频率;③将N板向上移动一些;④将N板向下移动一些。以上方法正确的是(　　)
[A]①④ [B]②③
[C]①③ [D]②④
【答案】 B
【解析】 根据题意可知,测得A点没有振动,说明波没有发生明显的衍射现象,原因是MN间的缝太宽或波长太小,因此若使A处质点振动,可采用N板上移以减小两板间距或增大波的波长,即减小波源频率,故②③正确,①④错误。故选B。
7.(4分)某同学观察波长不同的水波通过三个宽度相同的狭缝时的现象,得到甲、乙、丙三张照片,所用波长分别是狭缝宽度的、、,下列说法正确的是(　　)
[A]水波通过狭缝后波长变短
[B]这是水波的衍射现象,有些波不能发生衍射现象
[C]此现象可以说明,波长一定,缝越窄衍射现象越明显
[D]此现象可以说明,缝宽一定,波长越长衍射现象越明显
【答案】 D
【解析】 水波通过狭缝后波长不变,选项A错误;这是水波的衍射现象,衍射是波特有的性质,任何波都能发生衍射现象,选项B错误;该实验的狭缝宽度相等,波长不等,则此现象可以说明,缝宽一定,波长越长衍射现象越明显,选项C错误,D正确。
8.(4分)如图所示,正中O点是水面上一波源,实、虚线分别表示该时刻的波峰、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
【答案】 B
【解析】 由题图可直观看出,半波长为实、虚两圆半径之差,且可看出挡板A的尺寸比波长大得多,而小孔B的尺寸与波长差不多。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,即可认为波沿直线传播,故阴影区Ⅰ内水面无波形;该波的波长与小孔B的尺寸差不多,能够产生明显的衍射,故在阴影区Ⅱ、Ⅲ之内,明显存在衍射波的波形,故B选项正确。
9.(4分)关于波的折射现象,下列说法正确的是(　　)
[A]一切波都能发生折射现象
[B]发生折射时,波的传播方向一定会发生改变
[C]不是所有的波都能发生折射
[D]波发生折射时,波长、频率和波速都会发生变化
【答案】 A
【解析】 所有波从一种介质传播到另一种介质时都能发生折射,故A正确,C错误;波的传播方向跟两种介质界面垂直时,传播方向不变,故B错误;波从一种介质传播进入另一种介质时,频率不变,波速发生变化,而波长λ=,则波长随着波速变化而变化,故D错误。
10.(8分)一木匠在房顶上用铁锤钉钉子,有一位旁观者在观察,他看到锤子举到最高点时,也恰好听到敲打声,他抬手看了看手表,木匠敲了8下用时4 s,他便很快估计出他到木匠的最小距离不小于85 m。已知声速为340 m/s,木匠上举和向下放锤的时间相等,说说旁观者用的方法,写出他到木匠距离的表达式。
【答案】 见解析
【解析】 T= s=0.5 s,t=(nT+T),
x=vt=340×(n×0.5+×0.5) m
=85(2n+1) m(n=0,1,2,…)。
11.(12分)甲、乙两人分乘两只小船在湖中钓鱼,两船相距 24 m。有一列水波在湖面上传播,使每只船每分钟上下浮动20次,当甲船位于波峰时,乙船位于波谷,这时两船之间还有5个波峰。
(1)此水波的波长为多少 波速为多少
(2)若此波在传播过程中遇到一根竖立的电线杆,是否会发生明显的衍射现象
(3)若该波经过一跨度为30 m的桥洞,桥墩直径为3 m,桥墩处能否看到明显的衍射现象
(4)若该桥为一个3 m宽的涵洞,洞后能否发生明显的衍射现象
【答案】 (1) m　 m/s　(2)会　(3)能 (4)能
【解析】 (1)由题意知,周期T= s=3 s。
设波长为λ,则5λ+=24 m,解得λ= m。
由v=得,v= m/s= m/s。
(2)由于λ= m,大于竖立电线杆的直径,所以此波通过竖立的电线杆时会发生明显的衍射现象。
(3)(4)由于λ= m>3 m,所以此波无论是遇到直径为3 m的桥墩,还是通过3 m宽的涵洞,都能发生明显的衍射现象。

展开更多......

收起↑