資源簡介

第三章 機械波
第3節 波的反射、折射和衍射
學習目標
1.知道波傳播到兩種介質的界面時同時發生反射和折射現象。
2.知道波發生反射現象時，反射角等于入射角，知道反射波的頻率，波速和波長與入射波相同。
3.知道折射波與入射波的頻率相同，波速與波長不同，理解波發生折射的原因是波在不同介質中的速度不同；掌握入射角與折射角的關系。
4.理解什么是波的衍射現象，知道波發生明顯衍射現象的條件。
重點難點
重點
1.波的反射和折射現象。
2.知道波的反射和折射現象中折射角與入射角及反射角的關系
3.理解波發生折射時的頻率不變，波速和波長發生改變。
4.知道波發生衍射現象的條件。
難點
1.用波的反射和折射現象的知識解決實際問題。
2.知道波發生衍射現象的條件。
自主探究
1.波的反射定律：反射線、法線與入射線在同一平面內，反射線與入射線分居法線
① ，反射角② 入射角。
2.理論和實驗證明，一切波都會發生折射現象。一列水波在③ 的水域傳播時，在④ 將發生折射。
3.像水波可以⑤ 水中的石塊、樹葉等障礙物而⑥ 的現象叫作波的衍射。
4.大量的實驗表明：只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長⑦ ，或者比波長 ⑧ 時，才能發生⑨ 的衍射現象。衍射是波⑩的現象，故一切波均可發生衍射現象。
答案：①兩側 ②等于 ③深度不同 ④交界面處 ⑤繞過 ⑥繼續傳播 ⑦相差不多 ⑧更小 ⑨明顯 ⑩特有
探究思考
波的反射、折射和衍射
1. 波遇到障礙物會返回來繼續傳播，這種現象叫作波的反射。
2. 反射定律：入射線、法線、反射線在同一平面內，入射線與反射線分居法線兩側，反射角等于入射角。
3. 反射特點：反射波的波長、頻率、波速都跟入射波相同。波遇到兩種介質的界面時，總存在反射。
4. 波從一種介質進入另一種介質時，波的傳播方向發生了改變的現象叫作波的折射。
5. 折射定律：入射線、法線、折射線在同一平面內，入射線與折射線分居法線兩側。
6. 折射特點：頻率由波源決定，波速由介質決定，所以折射前后波的波長發生了變化。
7. 衍射是波特有的現象，一切波都可以發生衍射。
8. 波的衍射總是存在的，只有“明顯”與“不明顯”的差異。障礙物或孔的尺寸跟波長相差不多或者比波長更小是發生明顯衍射的條件。
【典例一】以下關于波的認識,正確的是( )
A.潛水艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況,用的是波的反射原理
B.隱形飛機怪異的外形及表面涂特殊隱形物質,是為了減少波的反射,從而達到隱形的目的
C.雷達的工作原理是利用波的反射
D.水波從深水區傳到淺水區改變傳播方向的現象,是波的折射現象
答案：ABCD
解析：A、B、C選項中應用了波的反射現象；D選項是波的折射現象，深水區域和潛水區域可視為不同介質，故波的傳播方向發生改變。
【典例二】如圖所示，圖中S為在水面上振動的波源，是水面上的兩塊擋板，其中N板可以上下移動，兩板中間有一狹縫，此時測得A處水面沒有振動，為使A處水面也能發生振動，可采用的方法是( )
A.使波源的頻率增大 B.使波源的頻率減小
C.移動N使狹縫的間距增大 D.移動N使狹縫的間距減小
答案：BD
解析：要發生明顯的衍射，障礙物的尺寸或寬度比波長小或與波長相差不多，本題中要使狹縫滿足明顯衍射的條件即將狹縫間距變小，或將波長變長，BD正確。
知識梳理
隨堂訓練
1.在室內講話的聲音比在空曠的室外講話聲音要洪亮,是因為( )
A.室內空氣不流動 B.室內聲音多次反射
C.室內聲音發生折射 D.室內物體會吸收聲音
2.如圖所示是觀察水面波衍射的實驗裝置，和是兩塊擋板，是一個孔，O為波源，圖中已畫出波源所在區域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋（圖中曲線）之間的距離表示一個波長，則關于波經過孔之后的傳播情況，下列描述正確的是( )
A.此時能明顯觀察到波的衍射現象
B.擋板前后波紋間距離相等
C.如果將孔擴大，有可能觀察不到明顯的衍射現象
D.如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能觀察到更明顯的衍射現象
3.如圖所示是水波遇到小孔或障礙物后的圖像，圖中每兩條實線間的距離表示一個波長，其中正確的圖像是( )
A. B. C. D.
4.有一障礙物的尺寸為10 m，下列遇到它時能產生明顯衍射現象的波是( )
A.波長為1 m的機械波 B.波長為10 m的機械波
C.波長為20 m的機械波 D.頻率為510 Hz的聲波
答案以及解析
1.答案：B
解析：在室內聽到的聲音洪亮是因為聲波在室內墻壁上經過多次反射而得到加強,故選B。
2.答案：ABC
解析：由題圖可以看出，波長與孔的尺寸差不多，所以能夠觀察到明顯的衍射現象，故A正確；波通過孔后，波速、頻率都不變，根據知，波長也不變，則擋板前后波紋間的距離相等，故B正確；如果將孔擴大，孔的尺寸大于波的波長，可能觀察不到明顯的衍射現象，故C正確；如果孔的大小不變，使波源頻率增大，因為波速不變，根據可知波長減小，可能觀察不到明顯的衍射現象，故D錯誤。
3.答案：D
解析：發生明顯衍射的條件，即當波的波長與小孔或障礙物的尺寸相當，或大于小孔和障礙物的尺寸。波遇到小孔發生明顯的衍射時，小孔處相當于新的波源，可知A、B的衍射圖樣都錯誤。波遇到與波長差不多的障礙物后，能“繞過”障礙物繼續向前傳播，故D圖樣正確，C圖樣錯誤。
4.答案：BC
解析：能產生明顯衍射現象的條件是機械波的波長與障礙物的尺寸相比差不多或更大，可知BC正確，A錯誤；因頻率為510 Hz的聲波的波長為，則遇到尺寸是10 m的障礙物不能產生明顯衍射現象，故選項D錯誤。
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