1、3波的反射、折射和衍射1了解波的反射、折射，会分析简单的问题。2.知道波的衍射现象和波产生明显衍射现象的条件，知道衍射是波特有的现象。一、波的反射1波的反射：波传播过程中遇到介质界面会返回到原介质中继续传播的现象。2入射线与反射线(1)入射线：代表波的入射方向的一条射线。(2)反射线：代表波的反射方向的一条射线。3波的反射定律：反射线、法线与入射线在同一平面内，反射线与入射线分居法线两侧，反射角等于入射角。二、波的折射1波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象。2折射线：代表波的折射方向的一条射线。三、波的衍射1定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象。2发生明显衍射现象
2、的条件：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。3波的衍射的普遍性：一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象。判一判(1)波向前传播，在两介质的界面上可能同时发生反射和折射。()(2)波发生折射时波的频率不变，但波长、波速发生变化。()(3)只有当障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时，才会发生衍射现象。()(4)当小孔大小一定时，波的频率越大，衍射现象越明显。()提示：(1)(2)(3)(4)课堂任务波的反射和折射仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：如图甲是水槽中的水波遇到倾斜挡板发生反射的现象。图中带箭头的射线分别代表水波的入射方向
3、(入射线)和反射方向(反射线)，虚线是垂直挡板界面的法线，它们之间有什么关系？提示：反射线、法线与入射线在同一平面内，反射线与入射线分居法线两侧，反射角(反射线与法线的夹角)等于入射角(入射线与法线的夹角)。活动2：水波发生反射时，频率和波长改变吗？提示：水波发生反射时，介质中各质点均在波源的带动下做受迫振动，介质中各质点的频率均等于波源的频率，故水波发生反射时，频率不变；而同一介质中波速不变，根据，波长也不变。活动3：如图乙是一列水波在深度不同的水域传播时，在交界面发生的现象。图中带箭头的射线代表水波的传播方向，水波的传播方向有什么特点？提示：水波从一种介质进入另一种介质时，水波的传播方向在
4、交界面处发生改变。活动4：图乙的现象叫作波的折射。水波发生折射时，频率和波长改变吗？提示：波的频率由波源决定(受迫振动)，故水波发生折射时，频率不变；波速由介质决定，故水波发生折射时，波速改变，根据，波长改变。1波的反射(1)波的反射是指波遇到了障碍物就会返回来继续传播，因此波的传播方向发生了变化。反射波与入射波在同一介质中传播，介质决定了波速，因此波速不变。波的频率是由波源决定的，因此波的频率也不改变，根据公式，可知波长也不改变。(2)波的反射定律如果用一条射线代表波的入射方向(入射线)，用另一条射线代表波的反射方向(反射线)，可以发现：反射线、法线与入射线在同一平面内，反射线与入射线分居法
5、线两侧，反射角等于入射角。2波的折射波从一种介质中射入另一种介质时传播方向常常发生改变，这种现象叫波的折射(垂直交界面入射时，传播方向不变)。与光的折射类似，波在折射时传播方向一般发生变化。由于入射波与折射波在两种不同的介质中传播，因此波速会发生变化。波的频率由波源决定，即频率不变，由公式，可知波长发生变化。例1图中1、2、3分别代表入射线、反射线、折射线，则()A2与1对应的波的波长、频率相等，波速不等B2与1对应的波的波速、频率相等，波长不等C3与1对应的波的波速、频率、波长均相等D3与1对应的波的频率相等，波速、波长均不等(1)波发生反射和折射时，频率是否变化？为什么？提示：不变。频率f
6、由波源决定，故无论是反射波的频率还是折射波的频率都与入射波的频率相同，即与波源的振动频率相同。(2)波发生反射和折射时，波速是否发生变化？为什么？提示：反射波的波速不变，折射波的波速发生变化。波速v由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变，而折射波与入射波在不同介质中传播，所以波速发生变化。规范解答1、2对应的波都在介质a中传播，故1、2对应的波的频率、波速、波长均相等，A、B错误；1、3对应的波是在两种不同的介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相同，由得波长不同，故C错误，D正确。完美答案D规律点拨波的反射和折射的比较现象波的反射波的折射传播方向改变，反入改变，折入(非
7、垂直入射)频率f不变不变波速v不变改变波长不变改变一列声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，若122，则该声波在两种介质中的频率之比和波速之比分别为()A2111 B1214C1121 D1112答案C解析波的频率只由波源决定，故同一列波在不同介质中传播时，波的频率是一定的，故频率之比为11。由vf，可推得v1v21221，C正确。课堂任务波的衍射仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：在湖泊里，微风激起的水波分别遇到湖心岛和小石块，湖心岛和小石块后面有水波吗？提示：湖心岛后面几乎没有水波，小石块后面有水波。活动2：活动1中水波绕过石块等障碍物继续传播的现象叫
8、作波的衍射。水波遇到拦河堤的缺口也会发生衍射，观察图甲实验，有什么发现？提示：如图a，在狭缝宽度比波长大得多的情况下，波的传播如同光沿直线传播一样，在挡板后面产生“阴影区”；如图b，在狭缝宽度与波长相差不多或者狭缝宽度比波长更小的情况下，发生明显的衍射现象，水波可以绕到挡板后面继续传播。活动3：如图乙，保持狭缝的宽度不变，改变水波的波长，水波的传播情况有什么变化？提示：对比这三张照片会再次看到，波长与狭缝宽度相差不多时，有明显的衍射现象，随着波长的减小，衍射现象变得不明显。可以推测，当波长与狭缝宽度相比非常小时，水波将沿直线传播，观察不到衍射现象。1关于衍射的条件(1)衍射是波特有的现象，一切
9、波都可以发生衍射。衍射只有“明显”与“不明显”之分。(2)波能够发生明显衍射现象的条件：孔、缝的宽度或障碍物的尺寸比波长小或与波长相差不多。忽略能量的因素，波长越长衍射越明显，障碍物的尺寸或孔、缝的宽度越小衍射越明显。声波的波长一般比较大，“隔墙有耳”就是声波衍射的例证。2波的衍射的实质分析波传到小孔(或障碍物)时，小孔(或障碍物)处仿佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波在孔后传播，于是，就出现了偏离直线传播的衍射现象。例2已知空气中的声速为340 m/s，现有周期为 s和频率为1104 Hz的两种声波，当它们传播时若遇到宽度约为13 m的障碍物，哪种声波发生的衍射现象较明显？衍射现象较
10、明显的条件是什么？提示：孔、缝的宽度或障碍物的尺寸比波长小或跟波长相差不多。规范解答由公式v得，周期为 s的声波的波长1vT340 m17 m，由公式vf得，频率为1104 Hz的声波的波长2 m0.034 m。因为障碍物的尺寸为13 m，所以周期为 s的声波的衍射现象较明显。完美答案周期为 s的声波规律点拨判断衍射现象明显不明显，要看障碍物的尺寸或孔、缝的宽度是否与波长相差不多或比波长小。如图所示，O是水面上一波源，实、虚线分别表示该时刻相邻的波峰、波谷组成的波面，A是挡板，B是小孔，经过一段时间，水面上的波形将分布于()A整个区域 B阴影以外区域C阴影、以外区域 D上述选项均不对答案B解析
11、从图中可以看出挡板A的尺寸比波长大得多，因此波不会绕过挡板A，而小孔B的大小与波长差不多，能发生明显的衍射现象，故波能够传播到阴影以外的区域，B正确。1(波的反射)(多选)下列现象中属于声波反射现象的是()A隔着墙能听到房间外面有人讲话B在峡谷中能够听到回声C夏日的雷声有时轰鸣不绝D在水里的人能听到岸上的声音答案BC解析隔着墙能听到房间外的人讲话，不属于声波反射现象，A错误；在峡谷中能够听到回声，是声波的反射现象，B正确；夏日的雷声有时轰鸣不绝，是声波的反射现象，C正确；水里的人能听到岸上的声音，是声波的折射现象，故D错误。2. (发生明显衍射的条件)在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子其振
12、动图像如图所示，水波在水槽中的传播速度为0.05 m/s，为观察到明显的衍射现象，小孔直径d应为()A10 cm B7 cmC5 cm D小于或等于1 cm答案D解析水波槽中激发的水波波长为vT0.050.2 m0.01 m1 cm。要发生明显衍射现象，应使孔的尺寸比波长短或者跟波长差不多，故选D。3(波的衍射)在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN，墙的一侧O点有一个正在播放男女声合唱歌曲的声源。某人从图中A点走到墙后的B点，在此过程中，如果从声波的衍射来考虑，则会听到()A声音变响，男声比女声更响B声音变响，女声比男声更响C声音变弱，男声比女声更弱D声音变弱，女声比男声更弱答案D解析从A点走到
13、墙后的B点，会听到声音变弱，男女声音由于频率的高低不同，才有音调高低的不同，女声比男声音调高，频率高，波长短，所以衍射更不明显，会听到女声比男声更弱，D正确。4(波的衍射)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减小挡板间距离，衍射波的波长将减小D增大挡板间距离，衍射现象将更明显答案B解析B侧波在传播过程中遇到带有窄缝的挡板后发生衍射，A侧水波是衍射波，A错误；同种机械波在相同介质中的传播速度相同，B正确；减小挡板间距离，衍射现象会更明显，但是衍射波的波速不变，频率不变，故波长不变，C错误；因为只有当挡板间距跟波长差不多，或者比波长更小
14、时，衍射现象才明显，所以当增大挡板间距离时，衍射现象将变得不明显，D错误。5. (波的衍射)如图所示，P为桥墩，A为靠近桥墩浮在水面的叶片，波源S连续振动，形成水波，此时叶片A静止不动。为使水波能带动叶片振动，可采用的方法是()A增加波源距桥墩的距离B减小波源距桥墩的距离C提高波源的振动频率D降低波源的振动频率答案D解析为使水波能带动叶片振动，则要使得水波发生明显衍射，根据发生明显衍射的条件可知，增加或减小波源距桥墩的距离，都不能影响衍射的明显程度，故A、B错误；S振动时，水波中的质点上下振动，形成的波向前传播，提高波源的振动频率，则质点振动的频率增加，波的频率与振动的频率相等，根据，波速不变
15、，频率增大，波长减小，衍射现象变得更不明显，反之降低频率，波长增大，衍射现象变得更明显，故C错误，D正确。6. (发生明显衍射的条件)(多选)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，下列描述中正确的是()A此时能观察到波明显的衍射现象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ABC解析观察题图可知孔的尺寸与波长差不多，故能观察到波明显的衍射现象，
16、A正确；因波的传播速度不变，频率不变，故波长也不变，即挡板前后波纹间距应相等，B正确；若将孔AB扩大，当孔的尺寸远大于波长时，则观察不到明显的衍射现象，C正确；若f增大，由可知变小，衍射现象变得不明显了，D错误。7(衍射的应用)用2106 Hz的超声波检查胆结石，该超声波在结石和胆汁中的波速分别为2250 m/s和1500 m/s，则该超声波在结石中的波长是胆汁中的_倍。用超声波检查胆结石是因为超声波的波长较短，遇到结石时_(填“容易”或“不容易”)发生衍射。答案1.5不容易解析由vf知，超声波在结石中的波长1，在胆汁中的波长2，则波长之比：1.5。超声波遇到结石时，其波长远小于结石的线度，则
17、超声波遇到结石时不容易发生衍射现象。8(波的反射和折射)(多选)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，但波长、波速发生变化D波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化答案BC解析波发生反射时，在同一种介质中传播，因此波长、波速和频率不变；波发生折射时，频率不变，波速和波长发生变化。故B、C正确，A、D错误。9(波的反射和折射的应用)(多选)以下关于波的认识，正确的是()A潜水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
18、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，是波的折射现象答案ABD解析声呐利用了超声波反射原理，A正确；隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质都是为了减少其对电磁波的反射，B正确；雷达的工作原理是利用电磁波的反射，C错误；水波从深水区传到浅水区时，可把深水区域和浅水区域视为不同介质，故发生的是折射现象，D正确。10. (衍射的认识)如图所示，圆形实线是波源O在水槽里产生的水波的波峰，下列说法正确的是()A水波只要进入CAE和DBF区域就叫波的衍射B水波只要进入CAA和DBB区域就叫波的衍射C水波必须充满CAE和DBF区域才叫波的衍射D水波必须充满CAA
19、和DBB区域才叫波的衍射答案B解析衍射现象是相对直线传播而言的，由于波源在O点，如果没有波的衍射现象而沿直线传播的话，它能传播到CABD所围的范围，所以A、C错误；衍射现象主要体现一个“绕”字，所以只要进入CAA和DBB区域就叫波的衍射，不一定非得绕到障碍物后面的每一点，所以B正确，D错误。11(波的反射和折射)一列声波在空气中的波长为0.2 m。当该声波从空气中以某一角度传入介质中时，波长变为0.6 m，如图所示，若空气中的声速是340 m/s。求：(1)该声波在介质中传播时的频率；(2)该声波在介质中传播的速度；(3)若声波垂直进入介质，经0.4 s返回空气，则介质的深度为多少？答案(1)
20、1700 Hz(2)1020 m/s(3)204 m解析(1)声波在空气中传播时，由vf得：f Hz1700 Hz。由于声波在不同介质中传播时，频率不变，所以声波在介质中传播时，频率为1700 Hz。(2)由vf得，声波在介质中的传播速度为v22f0.61700 m/s1020 m/s。(3)声波经0.2 s传至介质底部，故介质的深度hv210200.2 m204 m。12(衍射的应用)甲、乙两人分乘两只小船在湖中钓鱼，两船相距24 m。有一列水波在湖面上传播，使每只船每分钟上下浮动20次，当甲船位于波峰时，乙船位于波谷，这时两船之间还有5个波峰。求：(1)此水波的波长为多少？波速为多少？(2)若此波在传播过程中遇到一根竖立的电线杆，是否会发生明显的衍射现象？(3)若该波经过一跨度为30 m的桥洞，桥墩直径为3 m，桥墩后能否看到明显衍射现象？若该桥下为一3 m宽的涵洞，洞后能否发生明显衍射现象？答案(1) m m/s(2)会(3)能能解析(1)由题意知：周期T s3 s。设波长为，则524 m， m。由v得，v m/s m/s。(2)由于 m，大于竖立电线杆的直径，所以此波遇到竖立的电线杆时会发生明显的衍射现象。(3)由于 m3 m，所以此波无论是通过直径为3 m的桥墩，还是通过宽为3 m的涵洞，都能发生明显的衍射现象。