資源簡介

3．波的反射、折射和衍射
[學習目標]　1．知道波的反射、折射和衍射現象，知道明顯衍射的條件。2．理解波的反射定律和折射定律，能進行簡單計算。3．經歷探究波的明顯衍射現象條件的過程。4．利用波的幾種現象實例培養觀察、分析和歸納的習慣。
[教用·問題初探]——通過讓學生回答問題來了解預習教材的情況
問題1　水波的反射跟光的反射滿足同樣的規律嗎？反射角等于入射角嗎？
問題2　一列聲波從空氣進入水中，已知水中聲速較大，則聲波頻率和波長如何變化？
問題3　只有障礙物或縫的尺寸跟波長差不多或者比波長更小時，才能發生衍射現象，這句話對嗎？
　波的反射和折射
1．波的反射
(1)波的反射：波傳播過程中遇到介質界面會返回原介質繼續傳播的現象。
(2)反射波的波長、波速、頻率跟入射波的相同。
(3)波的反射定律：反射線、入射線和法線在同一平面內，反射線和入射線分別位于法線兩側，反射角等于入射角。如圖所示。
2．波的折射
(1)波的折射：波從一種介質進入另一種介質時，波的傳播方向發生改變的現象。
(2)波的折射中，波的頻率不變，波速和波長發生改變。
提醒：波在兩種介質的界面上發生折射的原因是波在不同介質中的傳播速度不同。對于入射角為零的特殊現象，折射角也為零，即波沿原方向傳播，但介質發生了變化，其波長和波速也相應發生變化。
【思考討論】　觀察如下兩幅示意圖。
問題1　在波的反射中，反射波與入射波的頻率相同嗎？波長相同嗎？
提示：在波的反射現象中，反射波和入射波的頻率都與波源的頻率相同；反射現象是在同種介質中傳播，波速相同，由v＝λf可知，波長也相同。
問題2　在波的折射現象中，折射波與入射波的頻率相同嗎？波長相同嗎？
提示：在波的折射現象中，波從一種介質進入另一種介質，頻率不變，由于介質不同，故波速不同，由λ＝可知，波長也不同。
問題3　波在發生折射過程中，方向一定改變嗎？
提示：不一定。入射角等于0°時，波沿原方向傳播。
【知識歸納】
波的反射、折射現象中各量的變化
1．波向前傳播到兩種介質的界面上時會同時發生反射現象和折射現象，一些相關物理量變化如表所示：
比較項目 波的反射 波的折射
傳播方向 改變i＝i′ 改變r≠i
頻率f 不變 不變
波速v 不變 改變
波長λ 不變 改變
2．說明
(1)頻率f由波源決定，故無論是反射波的頻率還是折射波的頻率都等于入射波的頻率。
(2)波速v由介質決定，因反射波與入射波在同一介質中傳播，故波速不變；折射波與入射波在不同介質中傳播，波速變化。
(3)根據v＝λf，波長λ與v及f有關，即與介質和波源有關，反射波與入射波在同一介質中，波速相同、頻率相同，故波長相同；折射波與入射波在不同介質中傳播，波速不同，頻率相同，故波長不同。
【典例1】　(對波的反射和折射的理解)如圖所示，圖中1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線，則(　　)
A．2與1的波長、頻率相等，波速不等
B．2與1的波速、頻率相等，波長不等
C．3與1的波速、頻率、波長均相等
D．3與1的頻率相等，波速、波長均不等
D　[波1、2都在介質a中傳播，故1、2的頻率、波速、波長均相等，A、B錯；波1、3在兩種不同介質中傳播，波速不同，但波源沒變，因而頻率相等，由λ＝得波長不同，C錯，D對。]
【典例2】　(波的反射的應用)甲、乙兩人站在一堵墻前面，兩人相距2a，距墻均為a。當甲開了一槍后，乙在t時間后聽到第一聲槍響，則乙在什么時候能聽到第二聲槍響(假設距離足夠大)(　　)
A．甲開槍后4t時間　　 B．甲開槍后3t時間
C．甲開槍后2t時間 　 D．甲開槍后t時間
思路點撥：根據反射定律畫出聲波傳播的示意圖，再用速度公式求時間。
C　[乙聽到的第一聲槍響必然是甲開槍的聲音直接傳到乙的耳中，故t＝。甲、乙二人及墻的位置如圖所示，乙聽到的第二聲槍響必然是經墻反射傳來的槍聲，由反射定律可知，波線如圖中AC和CB，由幾何關系可知＝2a，故第二聲槍響傳到乙耳中的時間為t′＝＝2t。故選C。]
【典例3】　(波的折射)如圖所示是聲波由介質Ⅰ進入介質Ⅱ的折射情況，由圖判斷下列說法正確的是(　　)
A．入射角大于折射角，聲波在介質Ⅰ中的波速大于它在介質Ⅱ中的波速
B．入射角大于折射角，Ⅰ可能是空氣，Ⅱ可能是水
C．入射角小于折射角，Ⅰ可能是鋼鐵，Ⅱ可能是空氣
D．介質Ⅰ中波速v1與介質Ⅱ中波速v2滿足
A　[題圖中MN為兩種介質的界面，虛線為法線，θ1為入射角，θ2為折射角，由題圖可直接看出入射角大于折射角(θ1>θ2)，C錯誤；根據折射規律有>1，所以v1>v2，通常聲波在液體、固體中的傳播速度大于在氣體中的傳播速度，B、D錯誤，A正確。]
　處理波的折射問題的三點技巧
(1)弄清折射現象發生的條件：當波從一種介質斜射入另一種介質時，才發生折射(當波垂直界面入射時不發生折射現象)。
(2)抓住折射波與入射波的區別與聯系：波的頻率相同，波速不同，波長不同。
(3)計算時，注意公式中角度與速度的對應；另外，可結合v＝λf及頻率不變的特點，將公式轉化為波長與角度的關系，解決有關波長的問題。
　波的衍射
【鏈接教材】　如人教版教材P72圖3.3-3所示，波長一定的水波通過寬度不同的狹縫，觀察水波的傳播情況。
問題　水波遇到狹縫時，會觀察到什么現象？依次減小狹縫尺寸，觀察到的現象有什么變化？
提示：水波遇到狹縫時，水波能穿過狹縫，并能到達擋板后面的“陰影區”，狹縫的寬度減小時，水波到達“陰影區”的現象更加明顯。
【知識梳理】　
1．定義：波繞過障礙物繼續傳播的現象。
2．發生明顯衍射的條件：障礙物或狹縫的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小。
3．波的衍射的普遍性：一切波都能發生衍射。衍射是波特有的現象。
提醒：(1)衍射是波特有的現象，凡是能發生衍射現象的都是波。
(2)一切波都能發生衍射現象，只是有的明顯，有的不明顯，波發生衍射時，波長、頻率和波速均不變，由于有能量損失，振幅減小。
【思考討論】　操場上的喇叭正在播放音樂，有高音也有低音。走到離操場不遠的教學樓后面，聽到喇叭播放的音樂聲有所減弱。
問題　是高音還是低音減弱得明顯一些？為什么？
提示：高音減弱得較明顯，聲波在空氣中傳播的速度一定，高音的頻率較高，則波長較短，低音頻率較低，波長較長，在繞過教學樓時，高音部分的聲波發生的衍射現象不如低音部分的聲波發生的衍射現象明顯，則高音減弱得較明顯。
【知識歸納】
1．波的衍射現象的本質
波傳到小孔(或障礙物)時，小孔(或障礙物)仿佛是一個新的波源，由它發出與原來同頻率的波(稱為子波)，在孔(或障礙物)后傳播，于是就出現了偏離直線傳播的衍射現象。波的直線傳播是衍射不明顯時的近似情形。
2．產生明顯衍射的條件
障礙物或孔的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小。
【典例4】　(波的衍射現象及規律)在水槽里放兩塊擋板，中間留一個狹縫，觀察水波通過狹縫后的傳播情況，圖1是保持水波的波長不變，改變狹縫的寬度，觀察水波的傳播變化情況；圖2是實驗時拍攝波長不同的水波通過寬度一定的狹縫的照片，在甲、乙、丙三幅照片中，波長分別是狹縫寬度的、、，對比這三張照片觀察衍射現象與波長、狹縫寬度的關系。該實驗現象表明(　　)
A．只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸比波長小，才能觀察到明顯的衍射現象
B．只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多或比波長更小，才能觀察到明顯的衍射現象
C．由圖2中丙圖可以得出，波長比狹縫短太多就不會發生衍射現象
D．由圖1中甲圖可以看出，狹縫寬度再增加就不會發生衍射現象
B　[由題圖1可知，波長一定時，狹縫越窄，衍射現象越明顯；由題圖2可知，狹縫一定時，波長越長，衍射現象越明顯。則只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多或比波長更小，才能觀察到明顯的衍射現象，A錯誤，B正確；由題圖2中丙圖可以得出，波長比狹縫小太多同樣會發生衍射現象，只是衍射現象不明顯，C錯誤；由題圖1中甲圖可以看出，狹縫寬度再增加也會發生衍射現象，只是衍射現象不明顯，D錯誤。]
1．(多選)下列現象中屬于聲波反射現象的是(　　)
A．隔著墻能聽到房間外面有人講話
B．音響設備制作時要考慮混合效應
C．夏日的雷聲有時轟鳴不絕
D．在水里的人能聽到岸上的聲音
BC　[反射現象中波仍在同一介質中傳播，音響的混合效應、雷聲轟鳴不絕都屬于反射現象，因此B、C正確；波在不同介質中傳播是折射現象，D錯誤；A項所述是衍射現象。]
2．如圖所示是一列機械波從介質1進入介質2發生的現象，已知波在介質1中的波長為λ1，入射波與界面的夾角為30°，波在介質2中的波長為λ2，折射波與法線的夾角為45°，則λ1∶λ2為(　　)
A．1∶　 B．∶1
C．∶ 　 D．∶
C　[由題圖可知，入射角i＝60°，折射角r＝45°，由波的折射定律可知，又v1＝λ1f，v2＝λ2f，則λ1∶λ2＝v1∶v2＝∶，故C選項正確。]
3．如圖所示，O是水面上一波源，實線和虛線分別表示某時刻的波峰和波谷，A是擋板，B是小孔。若不考慮波的反射因素，則經過足夠長的時間后，水面上的波將分布于(　　)
A．整個區域
B．陰影Ⅰ以外區域
C．陰影Ⅱ以外區域
D．陰影Ⅱ和Ⅲ以外的區域
B　[水波在傳播過程中遇到了擋板A和小孔B，相比而言小孔B的尺寸與波長差不多，所以水波經過B后能發生明顯的衍射現象，但A擋板的尺寸較大，所以水波經過A后不能發生明顯的衍射現象，所以水面上的波分布于陰影Ⅰ以外的區域，選項B正確。]
回歸本節知識，完成以下問題：
1．波在兩種介質的界面處能否同時發生折射和反射現象？
提示：能。
2．在波的反射和折射現象中頻率是否發生變化？
提示：不變。
3．發生明顯的衍射現象的條件是什么？
提示：波長大于障礙物或小孔的尺寸(或相差不多)。
課時分層作業(十三)　波的反射、折射和衍射
?題組一　波的反射和折射
1．(源自魯科版教材改編)(多選)下列說法正確的是(　　)
A．潛艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況，利用了波的反射原理
B．隱形飛機的表面涂上特殊隱形物質，是為了減少波的反射，從而達到隱形的目的
C．雷聲轟鳴不絕是聲波的衍射形成的
D．水波從深水區傳到淺水區時傳播方向發生改變的現象，是波的折射現象
ABD　[潛艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況，是利用了波的反射原理，A正確；隱形飛機的表面涂上特殊隱形物質，是為了減少波的反射，從而達到隱形的目的，B正確；雷聲轟鳴不絕是聲波在云層之間的多次反射造成的，故C錯誤；水波從深水區傳到淺水區時傳播方向發生變化，這是波的折射現象，故D正確。]
2．關于波的反射與折射，下列說法正確的是(　　)
A．波發生反射時，波的頻率不變，波速大小變小，波長變短
B．波發生反射時，波的頻率、波長、波速大小均不變
C．波發生折射時，波的頻率、波長、波速大小均發生變化
D．波發生折射時，波的頻率發生改變，但波長、波速大小不變
B　[波發生反射時，波在同一種介質中傳播，波的頻率、波長、波速大小均不變，故A錯誤，B正確；波發生折射時，波速發生變化，波的頻率由波源決定，則波的頻率不變，波長發生變化，故C、D錯誤。故選B。]
3．聲波從介質Ⅰ進入介質Ⅱ的折射情況如圖所示，由圖判斷下面的說法正確的是(　　)
A．若i>r，則聲波在介質Ⅰ中的傳播速度小于聲波在介質Ⅱ中的傳播速度
B．若i>r，則Ⅰ可能是空氣，Ⅱ可能是水
C．若i>r，則Ⅰ可能是鋼鐵，Ⅱ可能是空氣
D．在介質Ⅰ中的傳播速度v1與在介質Ⅱ中的傳播速度v2滿足
C　[根據折射規律可得，若i>r，則v1>v2，故A、D錯誤；又因聲波在鋼鐵中的傳播速度比在空氣中的快，聲波在空氣中的傳播速度比在水中的慢，故B錯誤，C正確。]
4．聲波在空氣中的傳播速度為340 m/s，在鋼鐵中的傳播速度為4 900 m/s。一平直橋由鋼鐵制成，某同學用錘子敲擊一下橋的一端發出聲音，分別經空氣和橋傳到另一端的時間之差為1.00 s，則橋的長度為________m。若該聲波在空氣中的波長為λ，則它在鋼鐵中的波長為λ的________倍。
[解析]　設橋的長度為l，則根據題意有＝1.00 s，解得l≈365 m。由于聲波的頻率不變，由λ＝可知＝，得λ鐵＝λ。
[答案]　365　
?題組二　波的衍射
5．(多選)如圖所示為水波的衍射現象，S為波源，d為擋板間狹縫的寬度，相鄰弧線間距為一個波長，其中符合事實的是(　　)
A　　　　B　　　　C　　　　D
BC　[選項A、B中狹縫寬度大于波長，衍射現象不明顯，擋板會阻礙波的傳播，故A不符合事實，B符合事實；選項C、D中狹縫寬度小于波長，衍射現象明顯，但穿過狹縫后波速和頻率不變，波長應不變，故C符合事實，D不符合事實。]
6．如圖所示，擋板M固定，擋板N可自由移動，將M、N兩擋板間空隙當做一個“小孔”做水波的衍射實驗，出現了圖示中的圖樣。實驗中觀測到P點水面沒有振動，為了使P點處能發生振動，可采用的辦法是(　　)
A．增大波源的頻率
B．減小波源的周期
C．將N板水平向左移動一些
D．將N板水平向上移動一些
D　[P點的水沒有振動起來，說明在P點，波沒有明顯衍射過去，原因是M、N間的縫太寬或波長太小，因此若想使P點的水振動起來，可以將N板上移，減小兩擋板的間距；也可以增大水波的波長，由λ＝＝vT可知，可以減小波源的頻率或者增大波源的周期。故選D。]
7．如圖所示是利用水波槽觀察到的水波衍射圖像，從圖像可知(　　)
A．B側水波是衍射波
B．A側波速與B側波速相等
C．減小擋板間距離，衍射波的波長將減小
D．增大擋板間距離，衍射現象更明顯
B　[B側水波在傳播過程中遇到帶有窄縫的擋板后發生衍射，則A側水波是衍射波，故A錯誤；同種機械波在相同介質中的傳播速度相同，故B正確；減小擋板間距離，衍射現象會更明顯，但是衍射波的波速不變，頻率不變，故波長不變，故C錯誤；因為只有當擋板間距離跟波長差不多或者比波長更小時，衍射現象才明顯，所以當增大擋板間距離時，衍射現象會更不明顯，故D錯誤。]
8．在空曠的廣場上有一堵較高大的墻MN，墻的一側O點有一個正在播放男女聲合唱歌曲的聲源。某人從圖中A點走到墻后的B點，在此過程中，如果從聲波的衍射來考慮，則會聽到(　　)
A．聲音變響，男聲比女聲更響
B．聲音變響，女聲比男聲更響
C．聲音變弱，男聲比女聲更弱
D．聲音變弱，女聲比男聲更弱
D　[聲波在空氣中傳播時遇到較高大的墻一部分波被反射，一部分波發生衍射，故聲音變弱，但波速不變，低頻部分的波的波長較長，高頻部分的波的波長較短，在繞過較高大的墻時，高頻部分的波發生衍射的衍射現象不如低頻部分的波發生的衍射現象明顯，故高音部分減弱得較為明顯，所以女聲比男聲更弱，故D正確。]
9．(多選)如圖所示，這是波源O傳出的一列水波，相鄰實線間的距離等于一個波長，下列說法正確的是(　　)
A．波通過孔A，發生明顯的衍射現象
B．波通過孔B，不發生衍射現象
C．波遇到障礙物C，發生明顯的衍射現象
D．波遇到障礙物D，發生明顯的衍射現象
AD　[觀察題圖，孔B和障礙物C尺寸明顯大于波長，不會發生明顯的衍射現象，但仍然有衍射現象，只是不明顯，不易觀察；孔A和障礙物D尺寸小于或接近波長，會發生明顯的衍射現象，故A、D正確，B、C錯誤。]
10．測速儀安裝有超聲波發射和接收裝置，如圖所示，B為測速儀，A為汽車，兩者相距335 m。某時刻B發出超聲波，同時A由靜止開始做勻加速直線運動。當B接收到反射回來的超聲波信號時A、B相距355 m，已知聲速為340 m/s，則下列說法正確的是(　　)
A．經1 s，B接收到返回的超聲波
B．超聲波追上A時，A前進了10 m
C．A的加速度的大小為10 m/s2
D．A的加速度的大小為5 m/s2
C　[從B發出超聲波到接收到超聲波過程中，汽車A的運動情況如圖所示：
B發出超聲波時，A在C位置，小車反射超聲波時，A在D位置，B接收到超聲波時，A在E位置，經分析可知tCD＝tDE，xCE＝20 m，由運動學規律得xCD∶xDE＝1∶3，所以xCD＝5 m，xDE＝15 m，tCD＝ s＝1 s，可見B接收到返回的超聲波需2 s；對汽車A有Δx＝，解得a＝10 m/s2。由以上可知只有選項C正確。]
11．平靜的湖面有相距為1 m的兩個小木塊A、B，距小木塊A左側3 m處有一波源在t＝0時刻開始向上振動，經4 s小木塊A第一次達到波峰，再經3 s小木塊B第一次達到波谷，波源和小木塊A、B在一條直線上。
(1)求這列橫波的周期和波速；
(2)求這列橫波的波長；
(3)若此波在傳播過程中遇到一根豎立的蘆葦桿，是否會發生明顯的衍射現象。
[解析]　(1)令x1＝3 m，x2＝1 m，波速為v，周期為T，由題意有
t1＝＝4 s，t2＝T＝7 s
解得T＝4 s，v＝1 m/s。
(2)該橫波波長為λ＝vT＝4 m。
(3)由于λ＝4 m大于豎立蘆葦桿的直徑，所以當波通過豎立的蘆葦桿時會發生明顯的衍射現象。
[答案]　(1)4 s　1 m/s　(2)4 m　(3)會發生明顯的衍射現象
12．甲、乙兩人分乘兩只小船在湖中釣魚，兩船相距24 m。有一列水波在湖面上傳播，使每只船每分鐘上下浮動20次，當甲船位于波峰時，乙船位于波谷，這時兩船之間還有5個波峰。
(1)此水波的波長為多少？波速為多少？
(2)若此波在傳播過程中遇到一根豎立的電線桿，是否會發生明顯的衍射現象？
(3)若該波經過一跨度為30 m的橋洞，橋墩直徑為3 m，橋墩處能否看到明顯的衍射現象？若該橋為一3 m寬的涵洞，洞后能否發生明顯的衍射現象？
[解析]　(1)由題意知周期T＝ s＝3 s
設波長為λ，則
5λ＋＝24 m，λ＝ m
由v＝得
v＝ m/s＝ m/s。
(2)由于λ＝ m，大于豎立電線桿的直徑，所以此波通過豎立的電線桿時會發生明顯的衍射現象。
(3)由于λ＝ m>3 m，所以此波無論是通過直徑為3 m的橋墩，還是通過寬為3 m的涵洞，都能發生明顯的衍射現象。
[答案]　(1) m　 m/s　(2)會發生明顯的衍射現象　(3)能看到明顯的衍射現象　能發生明顯衍射現象
21世紀教育網(www.21cnjy.com)3．波的反射、折射和衍射
[學習目標]　1．知道波的反射、折射和衍射現象，知道明顯衍射的條件。2．理解波的反射定律和折射定律，能進行簡單計算。3．經歷探究波的明顯衍射現象條件的過程。4．利用波的幾種現象實例培養觀察、分析和歸納的習慣。
　波的反射和折射
1．波的反射
(1)波的反射：波傳播過程中遇到介質界面會____原介質繼續傳播的現象。
(2)反射波的____、____、頻率跟入射波的相同。
(3)波的反射定律：反射線、入射線和法線在同一平面內，反射線和入射線分別位于法線兩側，反射角____入射角。如圖所示。
2．波的折射
(1)波的折射：波從一種介質____另一種介質時，波的________發生改變的現象。
(2)波的折射中，波的____不變，波速和波長發生改變。
提醒：波在兩種介質的界面上發生折射的原因是波在不同介質中的傳播速度不同。對于入射角為零的特殊現象，折射角也為零，即波沿原方向傳播，但介質發生了變化，其波長和波速也相應發生變化。
【思考討論】　觀察如下兩幅示意圖。
問題1　在波的反射中，反射波與入射波的頻率相同嗎？波長相同嗎？
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問題2　在波的折射現象中，折射波與入射波的頻率相同嗎？波長相同嗎？
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問題3　波在發生折射過程中，方向一定改變嗎？
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【知識歸納】
波的反射、折射現象中各量的變化
1．波向前傳播到兩種介質的界面上時會同時發生反射現象和折射現象，一些相關物理量變化如表所示：
比較項目 波的反射 波的折射
傳播方向 改變i＝i′ 改變r≠i
頻率f 不變 不變
波速v 不變 改變
波長λ 不變 改變
2．說明
(1)頻率f由波源決定，故無論是反射波的頻率還是折射波的頻率都等于入射波的頻率。
(2)波速v由介質決定，因反射波與入射波在同一介質中傳播，故波速不變；折射波與入射波在不同介質中傳播，波速變化。
(3)根據v＝λf，波長λ與v及f有關，即與介質和波源有關，反射波與入射波在同一介質中，波速相同、頻率相同，故波長相同；折射波與入射波在不同介質中傳播，波速不同，頻率相同，故波長不同。
【典例1】　(對波的反射和折射的理解)如圖所示，圖中1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線，則(　　)
A．2與1的波長、頻率相等，波速不等
B．2與1的波速、頻率相等，波長不等
C．3與1的波速、頻率、波長均相等
D．3與1的頻率相等，波速、波長均不等
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【典例2】　(波的反射的應用)甲、乙兩人站在一堵墻前面，兩人相距2a，距墻均為a。當甲開了一槍后，乙在t時間后聽到第一聲槍響，則乙在什么時候能聽到第二聲槍響(假設距離足夠大)(　　)
A．甲開槍后4t時間　　 B．甲開槍后3t時間
C．甲開槍后2t時間 　 D．甲開槍后t時間
思路點撥：根據反射定律畫出聲波傳播的示意圖，再用速度公式求時間。
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【典例3】　(波的折射)如圖所示是聲波由介質Ⅰ進入介質Ⅱ的折射情況，由圖判斷下列說法正確的是(　　)
A．入射角大于折射角，聲波在介質Ⅰ中的波速大于它在介質Ⅱ中的波速
B．入射角大于折射角，Ⅰ可能是空氣，Ⅱ可能是水
C．入射角小于折射角，Ⅰ可能是鋼鐵，Ⅱ可能是空氣
D．介質Ⅰ中波速v1與介質Ⅱ中波速v2滿足
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　處理波的折射問題的三點技巧
(1)弄清折射現象發生的條件：當波從一種介質斜射入另一種介質時，才發生折射(當波垂直界面入射時不發生折射現象)。
(2)抓住折射波與入射波的區別與聯系：波的頻率相同，波速不同，波長不同。
(3)計算時，注意公式中角度與速度的對應；另外，可結合v＝λf及頻率不變的特點，將公式轉化為波長與角度的關系，解決有關波長的問題。
　波的衍射
【鏈接教材】　如人教版教材P72圖3.3-3所示，波長一定的水波通過寬度不同的狹縫，觀察水波的傳播情況。
問題　水波遇到狹縫時，會觀察到什么現象？依次減小狹縫尺寸，觀察到的現象有什么變化？
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【知識梳理】　
1．定義：波繞過______繼續傳播的現象。
2．發生明顯衍射的條件：障礙物或狹縫的尺寸跟____相差不多，或者比波長更小。
3．波的衍射的普遍性：一切波都能發生____。衍射是波特有的現象。
提醒：(1)衍射是波特有的現象，凡是能發生衍射現象的都是波。
(2)一切波都能發生衍射現象，只是有的明顯，有的不明顯，波發生衍射時，波長、頻率和波速均不變，由于有能量損失，振幅減小。
【思考討論】　操場上的喇叭正在播放音樂，有高音也有低音。走到離操場不遠的教學樓后面，聽到喇叭播放的音樂聲有所減弱。
問題　是高音還是低音減弱得明顯一些？為什么？
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【知識歸納】
1．波的衍射現象的本質
波傳到小孔(或障礙物)時，小孔(或障礙物)仿佛是一個新的波源，由它發出與原來同頻率的波(稱為子波)，在孔(或障礙物)后傳播，于是就出現了偏離直線傳播的衍射現象。波的直線傳播是衍射不明顯時的近似情形。
2．產生明顯衍射的條件
障礙物或孔的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小。
【典例4】　(波的衍射現象及規律)在水槽里放兩塊擋板，中間留一個狹縫，觀察水波通過狹縫后的傳播情況，圖1是保持水波的波長不變，改變狹縫的寬度，觀察水波的傳播變化情況；圖2是實驗時拍攝波長不同的水波通過寬度一定的狹縫的照片，在甲、乙、丙三幅照片中，波長分別是狹縫寬度的、、，對比這三張照片觀察衍射現象與波長、狹縫寬度的關系。該實驗現象表明(　　)
A．只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸比波長小，才能觀察到明顯的衍射現象
B．只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多或比波長更小，才能觀察到明顯的衍射現象
C．由圖2中丙圖可以得出，波長比狹縫短太多就不會發生衍射現象
D．由圖1中甲圖可以看出，狹縫寬度再增加就不會發生衍射現象
[聽課記錄]　_________________________________________________________
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1．(多選)下列現象中屬于聲波反射現象的是(　　)
A．隔著墻能聽到房間外面有人講話
B．音響設備制作時要考慮混合效應
C．夏日的雷聲有時轟鳴不絕
D．在水里的人能聽到岸上的聲音
2．如圖所示是一列機械波從介質1進入介質2發生的現象，已知波在介質1中的波長為λ1，入射波與界面的夾角為30°，波在介質2中的波長為λ2，折射波與法線的夾角為45°，則λ1∶λ2為(　　)
A．1∶　 B．∶1
C．∶ 　 D．∶
3．如圖所示，O是水面上一波源，實線和虛線分別表示某時刻的波峰和波谷，A是擋板，B是小孔。若不考慮波的反射因素，則經過足夠長的時間后，水面上的波將分布于(　　)
A．整個區域
B．陰影Ⅰ以外區域
C．陰影Ⅱ以外區域
D．陰影Ⅱ和Ⅲ以外的區域
回歸本節知識，完成以下問題：
1．波在兩種介質的界面處能否同時發生折射和反射現象？
2．在波的反射和折射現象中頻率是否發生變化？
3．發生明顯的衍射現象的條件是什么？
21世紀教育網(www.21cnjy.com)(共52張PPT)
第三章 機械波
3．波的反射、折射和衍射
[學習目標]　1．知道波的反射、折射和衍射現象，知道明顯衍射的條件。2．理解波的反射定律和折射定律，能進行簡單計算。3．經歷探究波的明顯衍射現象條件的過程。4．利用波的幾種現象實例培養觀察、分析和歸納的習慣。
[教用·問題初探]——通過讓學生回答問題來了解預習教材的情況
問題1　水波的反射跟光的反射滿足同樣的規律嗎？反射角等于入射角嗎？
問題2　一列聲波從空氣進入水中，已知水中聲速較大，則聲波頻率和波長如何變化？
問題3　只有障礙物或縫的尺寸跟波長差不多或者比波長更小時，才能發生衍射現象，這句話對嗎？
探究重構·關鍵能力達成
1．波的反射
(1)波的反射：波傳播過程中遇到介質界面會_____原介質繼續傳播的現象。
(2)反射波的____、____、頻率跟入射波的相同。
(3)波的反射定律：反射線、入射線和法線在同
一平面內，反射線和入射線分別位于法線兩側，
反射角____入射角。如圖所示。
知識點一　波的反射和折射
返回
波長
波速
等于
2．波的折射
(1)波的折射：波從一種介質____另一種介質時，波的________發生改變的現象。
(2)波的折射中，波的____不變，波速和波長發生改變。
提醒：波在兩種介質的界面上發生折射的原因是波在不同介質中的傳播速度不同。對于入射角為零的特殊現象，折射角也為零，即波沿原方向傳播，但介質發生了變化，其波長和波速也相應發生變化。
進入
傳播方向
頻率
【思考討論】　觀察如下兩幅示意圖。
問題1　在波的反射中，反射波與入射波的頻率相同嗎？波長相同嗎？
提示：在波的反射現象中，反射波和入射波的頻率都與波源的頻率相同；反射現象是在同種介質中傳播，波速相同，由v＝λf可知，波長也相同。
問題2　在波的折射現象中，折射波與入射波的頻率相同嗎？波長相同嗎？
問題3　波在發生折射過程中，方向一定改變嗎？
提示：不一定。入射角等于0°時，波沿原方向傳播。
【知識歸納】
波的反射、折射現象中各量的變化
1．波向前傳播到兩種介質的界面上時會同時發生反射現象和折射現象，一些相關物理量變化如表所示：
比較項目 波的反射 波的折射
傳播方向 改變i＝i′ 改變r≠i
頻率f 不變 不變
波速v 不變 改變
波長λ 不變 改變
2．說明
(1)頻率f 由波源決定，故無論是反射波的頻率還是折射波的頻率都等于入射波的頻率。
(2)波速v由介質決定，因反射波與入射波在同一介質中傳播，故波速不變；折射波與入射波在不同介質中傳播，波速變化。
(3)根據v＝λf，波長λ與v及f 有關，即與介質和波源有關，反射波與入射波在同一介質中，波速相同、頻率相同，故波長相同；折射波與入射波在不同介質中傳播，波速不同，頻率相同，故波長不同。
【典例1】　(對波的反射和折射的理解)如圖所示，圖中1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線，則(　　)
A．2與1的波長、頻率相等，波速不等
B．2與1的波速、頻率相等，波長不等
C．3與1的波速、頻率、波長均相等
D．3與1的頻率相等，波速、波長均不等
√
√
思路點撥：根據反射定律畫出聲波傳播的示意圖，再用速度公式求時間。
√
【鏈接教材】　如人教版教材P72圖3.3-3所示，波長一定的水波通過寬度不同的狹縫，觀察水波的傳播情況。
知識點二　波的衍射
問題　水波遇到狹縫時，會觀察到什么現象？依次減小狹縫尺寸，觀察到的現象有什么變化？
提示：水波遇到狹縫時，水波能穿過狹縫，并能到達擋板后面的“陰影區”，狹縫的寬度減小時，水波到達“陰影區”的現象更加明顯。
【知識梳理】　
1．定義：波繞過______繼續傳播的現象。
2．發生明顯衍射的條件：障礙物或狹縫的尺寸跟____相差不多，或者比波長更小。
3．波的衍射的普遍性：一切波都能發生____。衍射是波特有的現象。
提醒：(1)衍射是波特有的現象，凡是能發生衍射現象的都是波。
(2)一切波都能發生衍射現象，只是有的明顯，有的不明顯，波發生衍射時，波長、頻率和波速均不變，由于有能量損失，振幅減小。
障礙物
波長
衍射
【思考討論】　操場上的喇叭正在播放音樂，有高音也有低音。走到離操場不遠的教學樓后面，聽到喇叭播放的音樂聲有所減弱。
問題　是高音還是低音減弱得明顯一些？為什么？
提示：高音減弱得較明顯，聲波在空氣中傳播的速度一定，高音的頻率較高，則波長較短，低音頻率較低，波長較長，在繞過教學樓時，高音部分的聲波發生的衍射現象不如低音部分的聲波發生的衍射現象明顯，則高音減弱得較明顯。
【知識歸納】
1．波的衍射現象的本質
波傳到小孔(或障礙物)時，小孔(或障礙物)仿佛是一個新的波源，由它發出與原來同頻率的波(稱為子波)，在孔(或障礙物)后傳播，于是就出現了偏離直線傳播的衍射現象。波的直線傳播是衍射不明顯時的近似情形。
2．產生明顯衍射的條件
障礙物或孔的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小。
A．只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸比波長小，才能觀察到明顯的衍射現象
B．只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多或比波長更小，才能觀察到明顯的衍射現象
C．由圖2中丙圖可以得出，波長比狹縫短太多就不會發生衍射現象
D．由圖1中甲圖可以看出，狹縫寬度再增加就不會發生衍射現象
√
B　[由題圖1可知，波長一定時，狹縫越窄，衍射現象越明顯；由題圖2可知，狹縫一定時，波長越長，衍射現象越明顯。則只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多或比波長更小，才能觀察到明顯的衍射現象，A錯誤，B正確；由題圖2中丙圖可以得出，波長比狹縫小太多同樣會發生衍射現象，只是衍射現象不明顯，C錯誤；由題圖1中甲圖可以看出，狹縫寬度再增加也會發生衍射現象，只是衍射現象不明顯，D錯誤。]
應用遷移·隨堂評估自測
1．(多選)下列現象中屬于聲波反射現象的是(　　)
A．隔著墻能聽到房間外面有人講話
B．音響設備制作時要考慮混合效應
C．夏日的雷聲有時轟鳴不絕
D．在水里的人能聽到岸上的聲音
√
√
BC　[反射現象中波仍在同一介質中傳播，音響的混合效應、雷聲轟鳴不絕都屬于反射現象，因此B、C正確；波在不同介質中傳播是折射現象，D錯誤；A項所述是衍射現象。]
√
3．如圖所示，O是水面上一波源，實線和虛線分別表示某時刻的波峰和波谷，A是擋板，B是小孔。若不考慮波的反射因素，則經過足夠長的時間后，水面上的波將分布于(　　)
A．整個區域
B．陰影Ⅰ以外區域
C．陰影Ⅱ以外區域
D．陰影Ⅱ和Ⅲ以外的區域
√
B　[水波在傳播過程中遇到了擋板A和小孔B，相比而言小孔B的尺寸與波長差不多，所以水波經過B后能發生明顯的衍射現象，但A擋板的尺寸較大，所以水波經過A后不能發生明顯的衍射現象，所以水面上的波分布于陰影Ⅰ以外的區域，選項B正確。]
回歸本節知識，完成以下問題：
1．波在兩種介質的界面處能否同時發生折射和反射現象？
提示：能。
2．在波的反射和折射現象中頻率是否發生變化？
提示：不變。
3．發生明顯的衍射現象的條件是什么？
提示：波長大于障礙物或小孔的尺寸(或相差不多)。
題號
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
√
?題組一　波的反射和折射
1．(源自魯科版教材改編)(多選)下列說法正確的是(　　)
A．潛艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況，利用了波的反射原理
B．隱形飛機的表面涂上特殊隱形物質，是為了減少波的反射，從而達到隱形的目的
C．雷聲轟鳴不絕是聲波的衍射形成的
D．水波從深水區傳到淺水區時傳播方向發生改變的現象，是波的折射現象
課時分層作業(十三)　波的反射、折射和衍射
√
√
ABD　[潛艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況，是利用了波的反射原理，A正確；隱形飛機的表面涂上特殊隱形物質，是為了減少波的反射，從而達到隱形的目的，B正確；雷聲轟鳴不絕是聲波在云層之間的多次反射造成的，故C錯誤；水波從深水區傳到淺水區時傳播方向發生變化，這是波的折射現象，故D正確。]
題號
1
3
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2
4
6
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7
9
10
11
12
√
2．關于波的反射與折射，下列說法正確的是(　　)
A．波發生反射時，波的頻率不變，波速大小變小，波長變短
B．波發生反射時，波的頻率、波長、波速大小均不變
C．波發生折射時，波的頻率、波長、波速大小均發生變化
D．波發生折射時，波的頻率發生改變，但波長、波速大小不變
題號
1
3
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4
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11
12
B　[波發生反射時，波在同一種介質中傳播，波的頻率、波長、波速大小均不變，故A錯誤，B正確；波發生折射時，波速發生變化，波的頻率由波源決定，則波的頻率不變，波長發生變化，故C、D錯誤。故選B。]
√
題號
1
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12
題號
1
3
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2
4
6
8
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12
4．聲波在空氣中的傳播速度為340 m/s，在鋼鐵中的傳播速度為
4 900 m/s。一平直橋由鋼鐵制成，某同學用錘子敲擊一下橋的一端發出聲音，分別經空氣和橋傳到另一端的時間之差為1.00 s，則橋的長度為______m。若該聲波在空氣中的波長為λ，則它在鋼鐵中的波
長為λ的________倍。
題號
1
3
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2
4
6
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11
12
365　

√
?題組二　波的衍射
5．(多選)如圖所示為水波的衍射現象，S為波源，d為擋板間狹縫的寬度，相鄰弧線間距為一個波長，其中符合事實的是(　　)
題號
1
3
5
2
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6
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11
12
A　　　　B　　　　C　　　　D
√
BC　[選項A、B中狹縫寬度大于波長，衍射現象不明顯，擋板會阻礙波的傳播，故A不符合事實，B符合事實；選項C、D中狹縫寬度小于波長，衍射現象明顯，但穿過狹縫后波速和頻率不變，波長應不變，故C符合事實，D不符合事實。]
題號
1
3
5
2
4
6
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11
12
√
6．如圖所示，擋板M固定，擋板N可自由移動，將M、N兩擋板間空隙當做一個“小孔”做水波的衍射實驗，出現了圖示中的圖樣。實驗中觀測到P點水面沒有振動，為了使P點處能發生振動，可采用的辦法是(　　)
A．增大波源的頻率
B．減小波源的周期
C．將N板水平向左移動一些
D．將N板水平向上移動一些
題號
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12
題號
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12
√
7．如圖所示是利用水波槽觀察到的水波衍射圖像，從圖像可知(　　)
A．B側水波是衍射波
B．A側波速與B側波速相等
C．減小擋板間距離，衍射波的波長將減小
D．增大擋板間距離，衍射現象更明顯
題號
1
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12
B　[B側水波在傳播過程中遇到帶有窄縫的擋板后發生衍射，則A側水波是衍射波，故A錯誤；同種機械波在相同介質中的傳播速度相同，故B正確；減小擋板間距離，衍射現象會更明顯，但是衍射波的波速不變，頻率不變，故波長不變，故C錯誤；因為只有當擋板間距離跟波長差不多或者比波長更小時，衍射現象才明顯，所以當增大擋板間距離時，衍射現象會更不明顯，故D錯誤。]
題號
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12
8．在空曠的廣場上有一堵較高大的墻MN，墻的一側O點有一個正在播放男女聲合唱歌曲的聲源。某人從圖中A點走到墻后的B點，在此過程中，如果從聲波的衍射來考慮，則會聽到(　　)
A．聲音變響，男聲比女聲更響
B．聲音變響，女聲比男聲更響
C．聲音變弱，男聲比女聲更弱
D．聲音變弱，女聲比男聲更弱
√
題號
1
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12
D　[聲波在空氣中傳播時遇到較高大的墻一部分波被反射，一部分波發生衍射，故聲音變弱，但波速不變，低頻部分的波的波長較長，高頻部分的波的波長較短，在繞過較高大的墻時，高頻部分的波發生衍射的衍射現象不如低頻部分的波發生的衍射現象明顯，故高音部分減弱得較為明顯，所以女聲比男聲更弱，故D正確。]
題號
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9．(多選)如圖所示，這是波源O傳出的一列水波，相鄰實線間的距離等于一個波長，下列說法正確的是(　　)
A．波通過孔A，發生明顯的衍射現象
B．波通過孔B，不發生衍射現象
C．波遇到障礙物C，發生明顯的衍射現象
D．波遇到障礙物D，發生明顯的衍射現象
√
題號
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11
12
√
AD　[觀察題圖，孔B和障礙物C尺寸明顯大于波長，不會發生明顯的衍射現象，但仍然有衍射現象，只是不明顯，不易觀察；孔A和障礙物D尺寸小于或接近波長，會發生明顯的衍射現象，故A、D正確，B、C錯誤。]
題號
1
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11
12
√
10．測速儀安裝有超聲波發射和接收裝置，如圖所示，B為測速儀，A為汽車，兩者相距335 m。某時刻B發出超聲波，同時A由靜止開始做勻加速直線運動。當B接收到反射回來的超聲波信號時A、B相距355 m，已知聲速為340 m/s，則下列說法正確的是(　　)
A．經1 s，B接收到返回的超聲波
B．超聲波追上A時，A前進了10 m
C．A的加速度的大小為10 m/s2
D．A的加速度的大小為5 m/s2
題號
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題號
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11．平靜的湖面有相距為1 m的兩個小木塊A、B，距小木塊A左側
3 m處有一波源在t＝0時刻開始向上振動，經4 s小木塊A第一次達到波峰，再經3 s小木塊B第一次達到波谷，波源和小木塊A、B在一條直線上。
(1)求這列橫波的周期和波速；
(2)求這列橫波的波長；
(3)若此波在傳播過程中遇到一根豎立的蘆葦桿，是否會發生明顯的衍射現象。
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[答案]　(1)4 s　1 m/s　(2)4 m　(3)會發生明顯的衍射現象
12．甲、乙兩人分乘兩只小船在湖中釣魚，兩船相距24 m。有一列水波在湖面上傳播，使每只船每分鐘上下浮動20次，當甲船位于波峰時，乙船位于波谷，這時兩船之間還有5個波峰。
(1)此水波的波長為多少？波速為多少？
(2)若此波在傳播過程中遇到一根豎立的電線桿，是否會發生明顯的衍射現象？
(3)若該波經過一跨度為30 m的橋洞，橋墩直徑為3 m，橋墩處能否看到明顯的衍射現象？若該橋為一3 m寬的涵洞，洞后能否發生明顯的衍射現象？
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