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第三章　
机械波
第3节　波的反射、折射和衍射
内容索引
学习目标
活动方案
检测反馈
学 习 目 标
1. 知道波的反射现象.
2. 了解波的折射现象.
3. 理解波的衍射现象.
活 动 方 案
活动一：认识波的反射现象
蝙蝠的“眼睛” ：18世纪，意大利教士兼生物学家斯帕兰扎尼研究蝙蝠在夜间的活动时，发现蝙蝠是靠高频率的尖叫来确定障碍物的位置的．这种尖叫声的频率在20 000～100 000 Hz范围内，我们的耳朵对这样频率范围内的声波是听不到的，我们称这样的声波为超声波．蝙蝠发出超声波，借助于物体的反射，根据接收到反射回来的回声，就能判断出附近物体的大小、形状和运动方式．
波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫作波的反射．波反射时遵循什么规律呢？
演示实验：如图甲所示，在发波水槽一端有一平板振动发生器，振动发生器在水槽中能够产生水波．在水槽中斜向放置一个挡板，观察水波在传播过程中发生的现象(类似图乙所示).
1. 说出波的反射规律，并和光的反射规律进行对比．
【答案】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．波的反射规律与光的反射规律相同．
2. 当波遇到两种介质的分界面时，总存在反射现象．想一想：反射波的频率、波速和波长变化吗？
【答案】都不变．
活动二：了解波的折射现象
在海滩游玩的人发现，海水的波涛总是沿着与海岸垂直的方向袭来，如图甲所示，为什么水波会垂直于岸边传播呢？这是因为一列水波在深度不同的水域传播时，在交界面处将发生折射．
演示实验：在水槽中放入一块厚度均匀的玻璃板，注意使它的一条边不与波传来的方向垂直，如图乙中虚线 a 所示的位置．然后加水，使水面高过玻璃板．
1. 接通电源产生水波，观察水波经过水深不同的区域时传播方向的变化，你能够解释海边的波涛为什么总是沿着与海岸垂直的方向袭来吗？
【答案】水波从深水区到浅水区，传播方向向法线靠拢．
2. 水波发生折射时，波的频率不变，但浅水区的波速变小，波长如何变化？
【答案】变短．
活动三：理解波的衍射现象
1. 大家都熟悉“闻其声不见其人”的物理现象，你能说出是什么原因吗？
【答案】声波在传播过程中遇到障碍物时，可以绕过障碍物继续传播，不沿直线传播，而光沿直线传播，不能绕过障碍物，这样就发生了“闻其声不见其人”的现象．
2. 波可以绕过障碍物继续传播的现象，叫作波的衍射．衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射．波在什么条件下能够发生明显的衍射现象？
演示实验：如图所示，在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况．
(1)如果减小振动发生器的频率，水波的波长如何变化？
【答案】变长．
(2)保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观察水波的传播情况有什么变化；再保持狭缝的宽度不变，改变水波的波长，观察水波的传播情况有什么变化．请总结发生明显衍射现象的条件．
【答案】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．
3. 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，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中错误的是(　　)
A. 此时能观察到波的明显的衍射现象
B. 挡板前后波纹间距离相等
C. 如果将孔AB扩大，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
【答案】D
检 测 反 馈
1
1. 关于波的衍射现象，下列说法中正确的是(　　)
A. 某些波在一定条件下才有衍射现象
B. 不是所有的波在任何情况下都有衍射现象
C. 一切波在一定条件下才有衍射现象
D. 一切波在任何情况下都有衍射现象
【解析】衍射现象是波在传播过程中所特有的特征，没有条件，故一切波在任何情况下都有衍射现象，只是有的明显，有的不明显，故D正确．
【答案】D
2
2. 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，频率、波长、波速均不变
C. 波发生折射时，波的频率不变，波长、波速一定变小
D. 波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化
【答案】B
3
3. 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
【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．
【答案】C
3
4
4. 如图所示，挡板M是可以左右移动，挡板N是固定的．现在把M、N两块挡板中的缝隙当作一个“小孔”来做水波的衍射实验，出现了如图所示的图样，P点的水没有动起来(　　)
A. 为了使挡板下边的振动传到P点，可以把挡板M向右移动
B. 为了使挡板下边的振动传到P点，可以把挡板M向左移动
C. 为了使挡板下边的振动传到P点，可以增大水波的频率
D. 移动挡板M使下边的振动传到P点，通过“小孔”从下边传到上边的能量更多了
【解析】若波长不变，则小孔尺寸越小衍射现象越明显，若小孔尺寸不变，则波长越大衍射现象越明显，为了使挡板下边的振动传到P点，可以把挡板M向右移动，也可以增大波长即减小频率，故A正确，B、C错误；移动挡板M使下边的振动传到P点，即小孔尺寸变小，通过“小孔”从下边传到上边的能量会变少，故D错误．
【答案】A
4
5
5. 蟾蜍在池塘边平静的水面上鸣叫，某时形成如图所示的水波．若蟾蜍的鸣叫频率不变，下列选项正确的是(　　)
A. 岸边的人接收到鸣叫的声波是横波
B. 水波从浅水区传入深水区，频率变小
C. 水面上的落叶遇到水波后做受迫振动
D. 水波遇到大石头比遇到小石头更容易发生明显的衍射现象
【解析】声波是纵波，可知，岸边的人接收到鸣叫的声波是纵波，故A错误；频率由波源决定，可知，水波从浅水区传入深水区，频率不变，故B错误；水面上的落叶遇到水波后，落叶在声波的干扰之下发生振动，落叶做的是受迫振动，故C正确；当波长与障碍物的尺寸相差不多时，能够发生明显衍射现象，可知，波长一定时，水波遇到大石头比遇到小石头更不容易发生明显的衍射现象，故D错误．
【答案】C
5
6
6. 如图所示，操场上的喇叭正在播放音乐，有高音也有低音．小红同学走到离操场不远的教学大楼后面，此时已经完全看不到操场上的喇叭了，但依然可以听到喇叭的声音，这是声波的____________(选填“折射”或“衍射”)现象；小红同时发现，喇叭播放的音乐声有所减弱，但____________(选填“高音”或“低音”)部分减弱得较明显一些.
衍射
高音
【解析】小红位居教学大楼的后面，完全看不到播放音乐的喇叭，但依然可以听到喇叭的声音，这是声波的衍射现象；声波在空气中传播的速度一定，低频部分的波长较长，高频部分的波的波长较短，在绕过教学大楼时，高频部分的波发生的衍射现象不如低频部分的波发生的衍射现象明显，故高音部分减弱得较为明显．
6
谢谢观看
Thank you for watching第3节　波的反射、折射和衍射
1. 知道波的反射现象.
2. 了解波的折射现象.
3. 理解波的衍射现象.
蝙蝠的“眼睛” ：18世纪，意大利教士兼生物学家斯帕兰扎尼研究蝙蝠在夜间的活动时，发现蝙蝠是靠高频率的尖叫来确定障碍物的位置的．这种尖叫声的频率在20 000～100 000 Hz范围内，我们的耳朵对这样频率范围内的声波是听不到的，我们称这样的声波为超声波．蝙蝠发出超声波，借助于物体的反射，根据接收到反射回来的回声，就能判断出附近物体的大小、形状和运动方式．
波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫作波的反射．波反射时遵循什么规律呢？
演示实验：如图甲所示，在发波水槽一端有一平板振动发生器，振动发生器在水槽中能够产生水波．在水槽中斜向放置一个挡板，观察水波在传
播过程中发生的现象(类似图乙所示).
1. 说出波的反射规律，并和光的反射规律进行对比． 甲 乙
2. 当波遇到两种介质的分界面时，总存在反射现象．想一想：反射波的频率、波速和波长变化吗？
在海滩游玩的人发现，海水的波涛总是沿着与海岸垂直的方向袭来，如图甲所示，为什么水波会垂直于岸边传播呢？这是因为一列水波在深度不同的水域传播时，在交界面处将发生折射．
甲
演示实验：在水槽中放入一块厚度均匀的玻璃板，注意使它的一条边不与波传来的方向垂直，如图乙中虚线 a 所示的位置．然后加水，使水面高过玻璃板．
1. 接通电源产生水波，观察水波经过水深不同的区域时传播方向的变化，你能够解释海边的波涛为什么总是沿着与海岸垂直的方向袭来吗？
2. 水波发生折射时，波的频率不变，但浅水区的波速变小，波长如何变化？
乙
1. 大家都熟悉“闻其声不见其人”的物理现象，你能说出是什么原因吗？
2. 波可以绕过障碍物继续传播的现象，叫作波的衍射．衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射．波在什么条件下能够发生明显的衍射现象？
演示实验：如图所示，在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况．
(1)如果减小振动发生器的频率，水波的波长如何变化？
(2)保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观察水波的传播情况有什么变化；再保持狭缝的宽度不变，改变水波的波长，观察水波的传播情况有什么变化．请总结发生明显衍射现象的条件．
3. 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，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中错误的是(　　)
A. 此时能观察到波的明显的衍射现象
B. 挡板前后波纹间距离相等
C. 如果将孔AB扩大，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
1. 关于波的衍射现象，下列说法中正确的是(　　)
A. 某些波在一定条件下才有衍射现象　
B. 不是所有的波在任何情况下都有衍射现象
C. 一切波在一定条件下才有衍射现象　
D. 一切波在任何情况下都有衍射现象
2. 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，频率、波长、波速均不变
C. 波发生折射时，波的频率不变，波长、波速一定变小
D. 波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化
3. 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
4. 如图所示，挡板M是可以左右移动，挡板N是固定的．现在把M、N两块挡板中的缝隙当作一个“小孔”来做水波的衍射实验，出现了如图所示的图样，P点的水没有动起来(　　)
A. 为了使挡板下边的振动传到P点，可以把挡板M向右移动
B. 为了使挡板下边的振动传到P点，可以把挡板M向左移动
C. 为了使挡板下边的振动传到P点，可以增大水波的频率
D. 移动挡板M使下边的振动传到P点，通过“小孔”从下边传到上边的能量更多了
5. 蟾蜍在池塘边平静的水面上鸣叫，某时形成如图所示的水波．若蟾蜍的鸣叫频率不变，下列选项正确的是(　　)
A. 岸边的人接收到鸣叫的声波是横波
B. 水波从浅水区传入深水区，频率变小
C. 水面上的落叶遇到水波后做受迫振动
D. 水波遇到大石头比遇到小石头更容易发生明显的衍射现象
6. 如图所示，操场上的喇叭正在播放音乐，有高音也有低音．小红同学走到离操场不远的教学大楼后面，此时已经完全看不到操场上的喇叭了，但依然可以听到喇叭的声音，这是声波的________(选填“折射”或“衍射”)现象；小红同时发现，喇叭播放的音乐声有所减弱，但________(选填“高音”或“低音”)部分减弱得较明显一些.
第3节　波的反射、折射和衍射
【活动方案】
活动一：
1. 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．波的反射规律与光的反射规律相同．
2. 都不变．
活动二：
1. 水波从深水区到浅水区，传播方向向法线靠拢．
2. 变短．
活动三：
1. 声波在传播过程中遇到障碍物时，可以绕过障碍物继续传播，不沿直线传播，而光沿直线传播，不能绕过障碍物，这样就发生了“闻其声不见其人”的现象．
2. (1)变长．
(2)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．
3. D　观察图可知道孔的尺寸与波长差不多，能观察到波的明显的衍射现象，故A正确；因波的传播速度不变，频率不变，故波长不变，即挡板前后波纹间距应相等，故B正确；若将孔AB扩大，且孔的尺寸远大于波长，则可能观察不到明显的衍射现象，故C正确；若f增大，由λ＝，知λ变小，衍射现象变得不明显了，故D错误．故选D.
【检测反馈】
1. D　衍射现象是波在传播过程中所特有的特征，没有条件，故一切波在任何情况下都有衍射现象，只是有的明显，有的不明显，故D正确．
2. B
3. C　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．
4. A　若波长不变，则小孔尺寸越小衍射现象越明显，若小孔尺寸不变，则波长越大衍射现象越明显，为了使挡板下边的振动传到P点，可以把挡板M向右移动，也可以增大波长即减小频率，故A正确，B、C错误；移动挡板M使下边的振动传到P点，即小孔尺寸变小，通过“小孔”从下边传到上边的能量会变少，故D错误．
5. C　声波是纵波，可知，岸边的人接收到鸣叫的声波是纵波，故A错误；频率由波源决定，可知，水波从浅水区传入深水区，频率不变，故B错误；水面上的落叶遇到水波后，落叶在声波的干扰之下发生振动，落叶做的是受迫振动，故C正确；当波长与障碍物的尺寸相差不多时，能够发生明显衍射现象，可知，波长一定时，水波遇到大石头比遇到小石头更不容易发生明显的衍射现象，故D错误．
6. 衍射　高音　解析：小红位居教学大楼的后面，完全看不到播放音乐的喇叭，但依然可以听到喇叭的声音，这是声波的衍射现象；声波在空气中传播的速度一定，低频部分的波长较长，高频部分的波的波长较短，在绕过教学大楼时，高频部分的波发生的衍射现象不如低频部分的波发生的衍射现象明显，故高音部分减弱得较为明显．

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