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第3节 波的反射、折射和衍射
第三章 机械波
蝙蝠在飞行时，会发出一种尖叫声，这是一种超声波信号，是人类无法听到的，因为它的音频很高。这些超声波的信号若在飞行路线上碰到其他物体，就会立刻反射回来，在接收到返回的信息之后，蝙蝠于振翅之间就完成了听、看、计算与绕开障碍物的全部过程。
知识点1 波的反射和折射
波的反射
波在传播过程中遇到障碍物会返回来继续传播的现象，叫波的反射。
入射线和反射线
①入射线：代表波的入射方向的射线。
②反射线：代表波的反射方向的射线。
波的反射规律：
反射线、法线和入射线在同一平面内，反射线和入射线分居法线两侧，反射角等于入射角。
2、波的折射
折射现象：波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，传播方向会发生偏折的现象叫波的折射。
一切波都会发生折射现象。
例：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
答案:C　
解析:右边的声波从发出到反射回来所用时间为t1=0.5 s,左边的声波从发出到反射回来所用的时间为t2=2 s。山谷的宽度为 ×340 m=425 m。
波反射和折射时的物理量变化
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即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.据v=λf知,波长λ与v及f有关,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。
名师指点
波反射和折射时的物理量变化
项目 波的反射 波的折射
传播方向 改变 改变
频率f 不变 不变
波速v 不变 改变
波长λ 不变 改变
例：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。
知识点2 波的衍射
定义:
波可以绕过障碍物而继续传播的现象叫作波的衍射。
思考发生明显衍射现象的条件是什么？
【提示】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,才能发生明显的衍射现象。
取一个不透光的屏，在它的中间装上一个可以调节的狭缝，在缝后适当距离放一个像屏，用平行的单色光照射。
调节狭缝的宽窄，如果能在光屏上观察到比狭缝的宽度管得多的亮区，就证明了光的衍射现象的存在。
名师指点
(1)衍射是波特有的现象，凡能发生衍射现象的一定是波．
(2)波的衍射总是存在的,只有明显与不明显之别．没有不发生衍射之说．
例1：关于波的衍射．下列说法正确的是 ( )
A．衍射是一切波的特性
B．波长跟孔的宽度差不多时，能发生明显的衍射现象
C．波长比孔的宽度小得越多，衍射现象越不明显
D波长比孔的宽度大得越多，衍射现象越不明显
ABC
例2：下列关于波的衍射的说法正确的是 ( )
A．衍射是一切波特有的现象
B.对同一列波，缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长差不多或比波长小时，衍射现象明显
C．只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象
D．声波容易发生衍射现象是由于声波波长较大
答案 ：A、B、D
解析： 衍射是一切波特有的现象，所以选项A对c错；发生明显的衍射现象是有务件的，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，所以选项B是正确的；声波的波长在1.7cm到17 m之问，一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比，正是由于声波波长较大，声波容易发生衍射现象，所以选项D也是正确的。
例3：甲、乙两人分乘两只船在湖中钓鱼，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 10次。当甲船位于波峰时，乙船位于波谷，这时两船之间还有一个波峰，则此水波的波长为多少 波速为多少 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
答案：16m. 8/3m/s. 会发生.
例4：如图所示是观察水面波衍射现象的实验装置，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)之间的距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是(　　)
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，使波源频率增大，能更明显的观察到衍射现象
【答案】A、B、C
【解析】根据能有明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多。从图中可看出孔AB的尺寸小于一个波长，所以此时能明显地观察到波的衍射现象，A正确；因为穿过挡板小孔后的波速不变，频率相同，所以波长也相同，B正确；若将孔AB扩大，将可能不满足明显衍射现象的条件，就有可能观察不到明显的衍射现象，C正确；若将波源频率增大，由于波速不变，所以波长变小，将可能不满足明显衍射现象的条件，也有可能观察不到明显的衍射现象，D错误。
1.“闻其声而不见其人”是因为一般障碍物的尺寸(　　)
A．可以跟声波波长相比较，使声波发生明显衍射
B．比声波波长大得多，声波不能发生衍射
C．可以跟光波波长相比较，使光波也发生衍射
D．比光波波长大得多，光波不能发生明显衍射
课堂训练
解析：发生明显衍射现象的条件为障碍物或孔的尺寸比波长小，或与波长相差不多。由于声波波长大，能发生明显衍射现象，而光波波长太小，遇到常见物体或人，不能发生明显衍射现象，故答案为A、D。
答案：A、D
2.关于波的衍射现象，下列说法中正确的是(　　)
A．水波绕过障碍物而继续传播的现象，即为波的衍射现象
B．衍射现象是波特有的现象
C．一切波都能发生衍射，只不过明显与否而已
D．要发生明显的衍射，必须满足一定的条件
解析：根据衍射的定义和产生明显衍射现象的条件可知，A、B、C、D都正确。
答案：A、B、C、D
3. 关于波的衍射现象，下列说法正确的是(　　)
A．当孔的尺寸比波长大时，一定不会发生衍射现象
B．只有孔的尺寸与波长相差不多，或者比波长还小时才会观察到明显的衍射现象
C．只有波才有衍射现象
D．以上说法均不正确
答案：BC　
解析：当孔的尺寸比波长大时，会发生衍射现象，只不过不明显．只有当孔、缝或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才会发生明显衍射现象，切不可把此条件用来判断波是否发生了衍射现象．
4. 在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动的频率是5 Hz，水波在水波槽中的传播速度是0.05 m/s，为观察到显著的衍射现象，小孔直径d应为(　　)
A．10 cm B．5 m
C．d>1 cm D．d<1 cm

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