1、3波的反射、折射和衍射必备知识自主学习一、波的反射和折射 1.反射现象:波遇到介质界面会_继续传播的现象。2.折射现象:波从一种介质_另一种介质时,波的_方向发生改变的现 象。返回来 射入 传播 二、波的衍射【情境思考】如图,做水波的衍射实验时,P点的水没有振动起来,为使挡板左边的振动传到P点,可以采用的办法有哪些?提示:N板上移或M板下移,也可以减小波的频率。1.定义:波可以绕过_继续传播的现象。2.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_ _,或者比波长_,才能观察到明显的衍射现象。3.波的衍射的普遍性:一切波都能发生_,_是波特有的现象。障碍物 相差不 多 更小时
2、衍射 衍射【易错辨析】(1)机械波在一个周期内传播的距离就是振幅的4倍。()(2)波速表示介质中质点振动的快慢。()(3)在横波中,两个波峰(或波谷)之间的距离为一个波长。()(4)在纵波中两个密部(或疏部)之间的距离为一个波长。()(5)振动在介质中传播一个波长的时间是一个周期。()关键能力合作学习知识点一 波的反射现象 1回声测距：(1)当声源不动时，声波遇到了静止障碍物会被反射回来继续传播，由于反射波与入射波在同一介质中传播速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下，用的时间相等。设经过时间 t 听到回声，则声源距障碍物的距离为 sv 声t2。(2)当声源以速度 v 向静止的障
3、碍物运动或障碍物以速度 v 向静止的声源运动时，声源发声时障碍物到声源的距离为 s(v 声v)t2。(3)当声源以速度 v 远离静止的障碍物或障碍物以速度 v 远离静止的声源时，声源发声时障碍物到声源的距离为 s(v 声v)t2。2超声波定位：蝙蝠、海豚能发出超声波。超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来。蝙蝠、海豚就是根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物的位置，从而确定飞行或游动方向。我们在山中、在大的空房间里大声说话时，都会听到回声，这属于波的什么现象？提示：波的反射。【典例】听者 A、声源 B 和障碍物 C 在一条直线上，如图所示。声源在听者和障碍物之间，距听者 12 m，距
4、障碍物 24 m，若听者能将先后两次发声区别开的时间间隔是 0.1 s。试通过计算，说明听者能否把原声和回声区别开来？(已知声音在空气中的传播速度为 344 m/s)【解析】声音到达 A 的时间：t1ABv 12344 s声音先到达障碍物 C，然后到达 A 的时间：t2BCCAv24（2412）344 s 60344 s 时间差：tt2t1(60344 12344)s0.14 s0.1 s，所以听者能把原声和回声区别开来。答案：可以把原声和回声区别开来(计算过程见解析)1(多选)在波的反射中，关于入射角，下列说法中正确的是()A入射波面与法线的夹角为入射角B入射波面与界面的夹角为入射角C入射波
5、线与法线的夹角为入射角D反射角跟入射角相等【解析】选 C、D。入射波线与法线的夹角为入射角，A、B 错误，C 正确；根据反射定律可知在波的反射中，反射角和入射角相等，D 正确。2已知声波的速度为 340 m/s，有一辆汽车以 15 m/s 的速度匀速行驶，在其正前方有一陡峭山崖，汽车鸣笛 2 s 后司机听到回声，则汽车鸣笛时距山崖的距离有多远？若该汽车以 10 m/s 的速度匀速行驶，在其正前方有一陡峭山崖，汽车鸣笛时并同时以 a10 m/s2 的加速度加速，1 s 后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离有多远？【解析】画出汽车与声音运动过程示意图如图所示，设汽车在 A 点鸣笛，在 C 点听到回
6、声，汽车由 A 到 C 的位移为 s1,C 到山崖 B 的距离为 s2，汽车从鸣笛到司机听到回声的时间为 t，有 t2 s。根据汽车运动的时间与声波运动的时间相等，则s1v汽 s12s2v声2 s，s1215 m30 m，2 s30 m2s2340 m/s，解得：s2325 m，即汽车鸣笛时距山崖的距离为 ss1s2(30325)m355 m。同理：ts12s2v声v0t12at22s2v声解得：s2162.5 m，即此时汽车距山崖的距离为 162.5 m。答案：355 m 162.5 m【加固训练】1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
7、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()A170 m B340 mC425 m D680 m【解析】选 C。t10.5 s，t22 s，dvt1t22425 m。2人耳只能区分相差 0.1 s 以上的两个声音，人要能听到自己讲话的回声，离障碍物的距离至少要大于()A34 m B17 mC100 m D170 m【解析】选 B。声波在空气中传播的速度约为 340 m/s，因此 2svt，svt2 17 m，B 正确。知识点二 波的折射现象 波的反射和折射的比较：比较项目波的反射波的折射传播方向改变 ii改变 ri频率f不变
8、不变波速v不变改变波长不变改变提醒：(1)频率 f 由波源决定。(2)波速 v 由介质决定。因折射波与入射波在不同的介质中传播，所以波速变化。(3)据 vf 知，波长 与 v 及 f 有关，即与介质和波源有关。如图所示两波的示意图，波由介质进入介质时频率变化吗？波长变化吗？提示：频率不变化，波长改变。【典例】(多选)关于波的反射与折射，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，波的频率、波长、波速均不变C波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化D波发生折射时，波的频率不变，但波长、波速均发生变化【解题探究】(1)波发生反射时，它的波长、频率、波速有
9、什么变化？提示：波的频率、波长、波速都不发生变化。(2)波发生折射时，它的波长、频率、波速有什么变化？提示：波的频率不变，波长和波速发生变化。【解析】选 B、D。波发生反射时，在同一种介质中运动，因此波长、波速和频率不变，A 错误，B 正确；波发生折射时，在不同种介质中运动，波速发生变化，但频率由振源决定，波的频率不变，由 vf 可知波长也发生变化，C 错误，D正确。1一列波在第一种均匀介质中的波长为 1，在第二种均匀介质中的波长为 2，且 132，那么波在这两种介质中的频率之比和波速之比分别为()A31 11 B13 14C11 31 D11 13【解析】选 C。同一列波频率不变，vf，v1
10、v2 12 31，故 C 选项正确。2以下关于波的认识，哪些是不正确的()A潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理B隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的C雷达的工作原理是利用波的折射D水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象【解析】选 C。声呐探测水中的物体，利用了波的反射现象，故 A 正确；隐形飞机的原理是：通过降低飞机的声、光、电等可探测特征量，使雷达等防空探测器无法早期发现，所以隐形飞机可能在机身表面涂有高效吸收电磁波的物质，使用吸收雷达电磁波的材料，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，很难被发现，故 B 正确；
11、雷达发射电磁波，然后根据被障碍物返回的电磁波判断，故利用波的反射，C 错误；水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象，故 D 正确。3一声波在空气中的波长为 25 cm，速度为 340 m/s，当折射进入另一种介质时，波长变为 80 cm，求：(1)声波在这种介质中的频率。(2)声波在这种介质中的传播速度。【解析】(1)声波由空气进入另一种介质时，频率不变，由 vf 得 fv 34025102 Hz1 360 Hz。(2)因频率不变，有v v，得：v v8010225102 340 m/s1 088 m/s。答案：(1)1 360 Hz(2)1 088 m/s【加固训练】在室内
12、讲话的声音比在室外空旷处讲话的声音要洪亮，是因为()A室内空气不流动 B室内声音多次反射C室内声音发生折射D室内物体会吸附声音【解析】选 B。在室内听到的声音洪亮是因为声波在室内墙壁上经过多次反射而得到加强。故选 B。知识点三 波的衍射现象 1波的衍射的条件：应该说衍射是没有条件的，衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射。衍射只有“明显”与“不明显”之分，障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多，或比波长小是产生明显衍射的条件。2波的衍射的实质：波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛是一个新波源，由它发出的与原来同频率的波在小孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向。波的直线传播只是在衍射不明显时的近
13、似情况。3衍射现象与观察的矛盾：当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射现象不容易观察到。光是一种波，如图为灯泡发光的情况。讨论：(1)生活中见到的光的传播有何特点？(2)生活中为什么很难观察到光的衍射现象？提示：(1)沿直线传播。(2)生活中的物体或孔洞比光波的波长大得多。【典例】如图所示是水波遇到小孔或障碍物后的图像，图中每两条实线间的距离表示一个波长，其中正确的图像是()【解题探究】(1)什么是衍射现象？提示：衍射现象是波特有的现象，是指波绕过障碍物继续传播的现象。(2)发生衍射的条件是什么？提示：发生衍射没有条件，发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸大小远小
14、于波长，或相差不大。【解析】选 D。当波的波长与小孔的尺寸相当，或大于小孔的尺寸，会发生明显的衍射，故 A 项错误；当波的波长比小孔的尺寸小，波表现为直线传播，故 B 项错误；波遇到与波长差不多的障碍物后，波能“绕过”障碍物继续向前传播，故 C项错误，D 正确。1关于波的衍射，下列说法中错误的是()A一切波在任何情况下都有衍射现象B只有横波才能产生衍射现象，纵波不能产生衍射现象C“闻其声而不见其人”是波的衍射现象D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，才能观察到明显的衍射现象【解析】选 B。衍射是波特有的现象，所以一切波都会发生衍射现象，故 A 正确，B 错误；“闻其
15、声而不见其人”是波绕过障碍物而传播，所以为波的衍射现象，故C 正确；据产生明显衍射现象的条件知，当障碍物的尺寸比波长大很多时，不能发生明显的衍射现象，故 D 正确。2.如图所示是利用水波槽观察到的水波衍射图像，从图像可知()AB 侧波是衍射波BA 侧波速与 B 侧波速相等C增大水波波源的频率，衍射现象将更明显D增大挡板之间的距离，衍射现象将更明显【解析】选 B。挡板左边是衍射波的波源，故 A 错误；在同一种介质中，机械波的波速相等，故 B 正确；波速不变，增大水波波源的频率，水波的波长将减小，而挡板间距没变，所以衍射现象将没有原来的明显，故 C 错误；在波长没改变的情况下，增大挡板间距，衍射现
16、象将没有原来的明显，故 D 错误；故选 B。【加固训练】1某同学观察到波长相同的水波通过两个宽度不同的狭缝时的现象，如图所示，下列说法正确的是()A水波通过狭缝后波长变短B这是水波的衍射现象，有些波不能发生衍射现象C此现象可以说明，波长一定，缝越窄衍射现象越明显D此现象可以说明，缝宽一定，波长越长衍射现象越明显【解析】选 C。波衍射后不影响波的特性，即波长和频率不变，A 错误；波的衍射是波特有的性质，故所有波都会发生衍射现象，B 错误；从图中可知第 1 幅图衍射现象比较明显，所以波长一定，缝越窄衍射现象越明显，由于题中给出的是波长一定的情况，无法得出缝宽一定时的衍射情况，故 C 正确，D 错误
17、。2(多选)关于波的衍射现象，下列说法正确的是()A水波绕过障碍物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，一切波都能发生衍射，只不过明显与否而已C“闻其声而不见其人”为声波的衍射现象D要发生衍射，必须满足一定的条件，否则波就不会发生衍射【解析】选 A、B、C。由波的衍射定义知，A、C 正确。衍射是一切波特有的现象，发生明显的衍射现象是有条件的，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，故 B 对、D 错。【拓展例题】考查内容：反射现象在生产、生活中的应用【典例】天空有近似等高的浓云层，为了测量云层的高度，在水平地面上与观测者的距离为 d
18、3.0 km 处进行一次爆炸，观测者听到由空气直接传来的爆炸声和由云层反射来的爆炸声时间上相差 t6.0 s，试估算云层下表面的高度。已知空气中的声速 v13 km/s。【解析】如图所示，A 表示爆炸点，O 表示观测者所在处，h 表示云层下表面的高度。用 t1 表示爆炸声直接传到 O 处所经时间，则 dvt1用 t2 表示爆炸声经云层反射到 O 处所经时间，因为入射角等于反射角，故有2（d2）2h2 vt2已知 t2t1t联立式可得：h2.0103 m。答案：2.0103 m情境模型素养某居住地 A 位于某山脉的一侧，山脉的另一侧 P 处建有无线电波发射站，如图所示。该发射站可发送频率为 40
19、0 kHz 的中波和 400 MHz 的微波，已知无线电波在空气中的传播速度都为 3108 m/s。探究：(1)该中波和微波的波长各是多少？(2)发射站发出的电磁波是经过干涉还是衍射后到达居住地 A 处的？(3)若两种波的接收效果不同，请说明哪一种波的接收效果更好。为什么？【解析】(1)由 cf 知，中波的波长为 1750 m微波的波长为 20.75 m。(2)无线电波绕过山脉到达 A 处，发生了衍射现象；(3)中波的接收效果更好，因为它的波长长，衍射现象更明显。答案：(1)750 m 0.75 m(2)衍射(3)中波的接收效果好，因为它的波长长，衍射效果更好“B 超”可用于探测人体内脏的病变
20、状况，如图是超声波从肝脏表面入射，经折射与反射，最后从肝脏表面射出的示意图。超声波在进入肝脏发生折射时遵循的规律与光的折射规律类似，可表述为sin 1sin 2 v1v2 (式中 1 是入射角，2 是折射角，v1、v2 分别是超声波在肝外和肝内的传播速度)，超声波在肿瘤表面发生反射时遵循的规律与光的反射规律相同。已知 v20.9v1，入射点与出射点之间的距离是 d，入射角为 i。探究：肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行，则肿瘤离肝脏表面的深度 h 为多少？【解析】根据光的折射、反射的规律，正确画出超声波折射的光路图，依据几何关系以及折射定律即可求解。光路如图所示，入射角为 i，设折射角为 r，根据
21、题意，由几何关系得：tan rd2h，根据折射定律：sin isin r v1v2，而 v20.9v1，解得：hd 10081sin2i18sini答案：d 10081sin2i18sini 1(多选)下列说法中正确的是()A入射波的波长和反射波的波长相等B入射波的波长大于折射波的波长C入射波的波长小于折射波的波长D入射波和折射波频率相同 课堂检测素养达标【解析】选 A、D。波反射时，波回到原来的介质，波长不变。波折射时，波进入到另外一种介质。波的波长如何变化取决于两种介质的情况，而频率由波源决定，故 A、D 选项正确。2.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
22、是一个小孔，O 是波源，图中已画出波源所在区域的传播情况，每两条相邻的波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长，则对于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是()此时能明显观察到波的衍射现象挡板前后波纹间距离相等如果将孔 AB 扩大，有可能观察不到明显的衍射现象如果孔的大小不变，使波源频率增大，能明显观察到衍射现象A只有 B只有C只有 D【解析】选 C。因为波长与孔的尺寸差不多，所以能够观察到明显的衍射现象，故正确；波通过孔后，波速、频率、波长不变，则挡板前后波纹间的距离相等，故正确；如果将孔 AB 扩大，孔的尺寸大于波的波长，可能观察不到明显的衍射现象，故正确；如果孔的大小不变，使波源频率增大，
23、因为波速不变，根据 vf 知，波长减小，可能观察不到明显的衍射现象，故错误，综上分析，故 A、B、D 错误，C 正确。故选 C。3(多选)下列叙述中是波的反射现象的是()A夏日的雷声有时会轰鸣不绝B隔墙有耳C在空房间里讲话，会感到声音更响D水波从深水区进入浅水区传播方向发生改变【解析】选 A、C。雷声轰鸣不绝是声波在地面和云层之间的反射；隔墙有耳是波的衍射；声波在空房间里不断地反射、叠加，会产生混响现象；水波从深水区进入浅水区传播方向发生改变是波的折射现象，所以 A、C 正确，B、D 错误。4一块小石子投入河水中激起一列水波，遇到障碍物后能发生明显衍射现象，障碍物是()A静止在河面的渔船 B静
24、止在河面的货船C竖立在河中的竹竿 D竖立在河中的桥墩【解析】选 C。河水中激起一列水波，遇到障碍物后能发生明显衍射现象，依据发生明显的衍射现象的条件是障碍物的尺寸与波长相差不大或者比波长小，故该障碍物的尺寸较小，故 C 正确，A、B、D 错误。故选 C。5有一辆汽车以 15 m/s 的速度匀速行驶，在其正前方有一陡峭山崖，汽车鸣笛2 s 后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离有多远？(v 声340 m/s)【解析】画出汽车与声音运动过程示意图如图所示，设汽车由 A 到 C 位移为 s1，C 到山崖 B 距离为 s2，设汽车鸣笛到司机听到回声时间为 t，则 t2 s。则：s1v车 s12s2v声t解得 s2v声ts12v声tv车t2（34015）22 m325 m。答案：325 m
