資源簡介

3　波的反射、折射和衍射
學習任務一　對波的反射和折射的理解
[教材鏈接] 閱讀教材,填寫波的反射和折射的相關知識.
(1)波的反射
①反射現象:波遇到障礙物時會　　　　　繼續傳播的現象.
②反射定律:反射線、　　　　和入射線在同一平面內,反射線和入射線分居　　　　兩側,反射角　　　　入射角.
(2)波的折射:波在傳播過程中,由一種介質進入另一種介質時,　　　　　　發生偏折的現象.
例1 有一輛汽車以15 m/s的速度勻速行駛,在其正前方有一陡峭山崖,汽車鳴笛2 s后司機聽到回聲,此時汽車與山崖的距離是多少 (v聲=340 m/s)
變式1 當一個探險者進入一個山谷后,為了估測出山谷的寬度,他吼一聲后,經過0.5 s聽到右邊山坡反射回來的聲音,又經過1.5 s后聽到左邊山坡反射回來的聲音.若聲速為340 m/s,則這個山谷的寬度約為 (　)
A.170 m B.340 m
C.425 m D.680 m
例2 一列聲波在空氣中的波長為0.25 m.當該聲波傳入某種介質中時,波長變為0.8 m,若空氣中的聲速是340 m/s.求:
(1)該聲波在介質中傳播時的頻率.
(2)該聲波在介質中傳播的速度大小.
變式2 (多選)下列說法正確的是 (　)
A.波發生反射時,波的頻率不變,但波長、波速發生變化
B.波發生反射時,波的頻率、波長、波速均不變
C.波發生折射時,波的頻率不變,但波長、波速發生變化
D.波發生折射時,波的頻率、波長、波速均發生變化
【要點總結】
波的反射現象的應用
(1)回聲測距
①當聲源不動時,聲波遇到了障礙物會返回來繼續傳播,反射波與入射波在同一介質中傳播速度相同,因此在傳播距離一樣的情況下,入射波和反射波用的時間相等,設經時間t聽到回聲,則聲源與障礙物的距離為s=v聲.
②當聲源以速度v向靜止的障礙物運動或障礙物以速度v向靜止的聲源運動時,聲源發聲時障礙物到聲源的距離為s=(v聲+v)·.
③當聲源以速度v遠離靜止的障礙物或障礙物以速度v遠離靜止的聲源時,聲源發聲時障礙物到聲源的距離s=(v聲-v)·.
(2)超聲波定位
蝙蝠能發出超聲波,超聲波遇到障礙物或捕食目標時會被反射回來,蝙蝠就根據接收到的反射回來的超聲波來確定障礙物或食物位置,從而確定飛行方向.另外海豚、雷達也是利用波的反射來定位或測速的.
學習任務二　對波的衍射的理解
[教材鏈接] 閱讀教材,填寫波的衍射的相關知識.
(1)定義:波可以　　　　障礙物繼續傳播,這種現象叫作波的衍射.
(2)影響衍射明顯程度的因素
①波長:在縫、孔的寬度或障礙物的尺寸保持不變的條件下,波長越長,衍射　　　　　.
②縫、孔的寬度或障礙物的尺寸:在波長保持不變的條件下,縫、孔的寬度或障礙物的尺寸越小,衍射　　　　.
(3)發生明顯衍射的條件:只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長　　　　　,或者比波長　　　時,才能發生明顯的衍射現象.
例3 (多選)如圖所示是觀察水面波衍射的實驗裝置,AC和BD是兩塊擋板,AB是一個小孔,O是波源.圖中已畫出波源所在區域的傳播情況,每兩條相鄰的波紋(圖中曲線)之間的距離表示一個波長.對于波經過孔之后的傳播情況,下列描述正確的是 (　)
A.此時能觀察到明顯的衍射現象
B.若將孔AB擴大,則有可能觀察不到明顯的衍射現象
C.擋板前、后波紋之間距離相等
D.若孔的大小不變,使波源頻率增大,則一定能觀察到明顯的衍射現象
變式3 [2022·嵊州中學月考] 如圖所示,S為水面上一波源,M、N是兩塊擋板,兩板中間有一狹縫,此時觀察不到A點振動,為了能觀察到A點的振動,可采用的方法是 (　)
A.增大波源的振幅
B.減小波源的頻率
C.將波源S向左移
D.將N板向右移
[反思感悟]

變式4 如圖所示,O是水面上一波源,實、虛線分別表示該時刻相鄰的波峰、波谷,A是擋板,B是小孔.經過一段時間,水面上的波形將分布于 (　)
A.整個區域
B.陰影Ⅰ以外區域
C.陰影Ⅱ以外區域
D.陰影Ⅲ以外區域
【要點總結】
1.衍射是波特有的現象,一切波都能發生衍射現象.
2.縫、孔的寬度或障礙物的尺寸大小并不是決定衍射能否發生的條件,僅是衍射現象是否明顯的條件.
3.當波長與障礙物的尺寸相比非常小時,波將沿直線傳播,觀察不到衍射現象.
1.(波的反射和折射)(多選)下列敘述屬于波的反射現象的是 (　)
A.夏日的雷聲有時會轟鳴不絕
B.在空房間里講話,會感到聲音比在野外響
C.水波從深水區入射到淺水區時方向變化
D.講話者又聽到自己的回聲
2.(波的反射與折射)對于波長為100 m的聲波,下列說法正確的是 (　)
A.在同一介質中,比波長為20 m的聲波傳播快
B.在空氣中的頻率比在水中的大
C.聲波能發生折射,且折射后頻率發生變化
D.聲波能發生反射,且反射后波速不變
3.(波的衍射)(多選)利用發波水槽觀察波的衍射現象時,看到如圖所示的圖樣.為使衍射現象更明顯,下列方法可采用的是 (　)
A.縮小擋板間距
B.增大擋板間距
C.減小波源頻率
D.減小水波的振幅
4.(波的衍射)[2022·蒼南中學月考] 如圖所示,有一人在河邊釣魚,浮標位于A點,S為在水面上沿豎直方向振動的波源,M、N是水面上的兩塊固定擋板,兩板中間有一狹縫.波源S的振動引起浮標上下振動,下列說法正確的是 (　)
A.減小波源的振幅,可以減小波源S的振動對浮標的影響
B.增大波源的振幅,可以減小波源S的振動對浮標的影響
C.減小波源的波長,衍射現象更明顯
D.增大波源的振動頻率,衍射現象更明顯
[反思感悟]

3　波的反射、折射和衍射
[教材鏈接] (1)①返回來?、诜ň€　法線　等于　(2)傳播方向
例1　325 m
[解析] 畫出汽車與聲音運動過程示意圖如圖所示
設汽車由A到C的距離為s1,C到山崖B的距離為s2,汽車鳴笛至司機聽到回聲所用時間為t=2 s,則==t
解得s2=325 m.
變式1　C　[解析] 右邊的聲波從發出到反射回來所用時間為t1=0.5 s,左邊的聲波從發出到反射回來所用的時間為t2=2 s,則山谷的寬度s=v(t1+t2)=×340×2.5 m=425 m,故C正確.
例2　(1)1360 Hz　(2)1088 m/s
[解析] (1)聲波在空氣中傳播時,由v=λf得
f== Hz=1360 Hz
由于聲波在不同介質中傳播時,頻率不變,所以聲波在該介質中傳播時,頻率仍為1360 Hz.
(2)由v=λf得
v2=λ2f=0.8×1360 m/s=1088 m/s.
變式2　BC　[解析] 波發生反射時,波是在同一種介質中傳播,頻率、波長和波速均不變,選項A錯誤,選項B正確;波發生折射時,波是從一種介質傳入另一種介質,波速發生變化,而波的頻率由波源決定,所以波的頻率不變,由公式v=λf可知,波長發生變化,選項D錯誤,選項C正確.
[教材鏈接] (1)繞過　(2)①越明顯?、谠矫黠@　(3)相差不多　更小
例3　ABC　[解析] 因為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;若將孔AB擴大,則孔的尺寸大于波的波長,可能觀察不到明顯的衍射現象,故B正確;波通過孔后,波速、頻率、波長不變,則擋板前、后波紋間的距離相等,故C正確;若孔的大小不變,使波源頻率增大,因為波速不變,根據λ= 知,波長減小,則可能觀察不到明顯的衍射現象,故D錯誤.
變式3　B　[解析] 觀察不到A點振動,說明衍射現象不明顯,要使衍射現象變得明顯,可以減小波源的頻率以增大波長,或將N板向左移減小狹縫的尺寸,故B正確.
變式4　B　[解析] 由圖可直觀看出,半波長為實、虛兩圓半徑之差,且擋板A的尺寸比波長大得多,而小孔B的寬度與波長差不多,根據波發生明顯衍射的條件知,該波在擋板A處的衍射現象很不明顯,故Ⅰ區內水面無波形,故選項A、C、D錯誤;該波的波長與小孔B的寬度差不多,能夠發生明顯的衍射,故在陰影區Ⅱ、Ⅲ之內存在明顯的衍射波的波形,故選項B正確.
隨堂鞏固
1.ABD　[解析] 選項A、B、D都屬于波的反射現象,選項C屬于波的折射現象.
2.D　[解析] 機械波的傳播速度由介質決定,選項A錯誤;波的頻率由波源決定,與介質無關,選項B錯誤;折射后,波進入另一種介質,傳播速度發生變化,頻率不變,而反射后回到原來的介質,傳播速度不變,選項C錯誤,D正確.
3.AC　[解析] 在相同條件下,波長越長的波越容易發生明顯衍射現象,本題中水波波長不變,適當縮小擋板間距,衍射現象更明顯,故A正確,B錯誤;在同一介質中,v一定,適當減小波源的頻率,能增大波長,使衍射現象更明顯,故C正確;衍射現象是否明顯與振幅無關,故D錯誤.
4.A　[解析] 減小波源的振幅, 位于A點的浮標做受迫振動的振幅相應減小,所以可以減小波源S的振動對浮標的影響,故A正確,B錯誤;減小波源的振動頻率,由λ=可知,波長變大,則衍射現象更明顯,故C、D錯誤.

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