第三章　机械波 3 波的反射、折射和衍射（45张PPT）

(共45张PPT)
3　波的反射、折射和衍射
第三章　机械波
1.了解波的反射和折射现象.
2.理解波的衍射现象，知道波发生明显衍射现象的条件.
【学习目标】
【内容索引】
梳理教材
夯实基础
探究重点
提升素养
随堂演练
逐点落实
课时
对点练
SHULIJIAOCAI　
HANGSHIJICHU
梳理教材　夯实基础
1
一、波的反射
1.反射现象：波遇到介质界面(如水波遇到挡板)时会返回原介质继续传播的现象.
2.反射规律：反射线、法线与入射线在同一　　内，反射线与入射线分居　　两侧，反射角　　入射角.
平面
法线
等于
二、波的折射
1.波的折射：光从一种介质进入另一种介质时会发生折射，同样，其他波从一种介质进入另一种介质时也发生　　.
2.水波的折射：水波在　　不同的水域传播时，在交界面处发生　　.
折射
深度
折射
三、波的衍射
1.波的衍射：波绕过　　　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　　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　　，　　是波特有的现象.
障碍物
相差不多
更小
衍射
衍射
判断下列说法的正误.
(1)一切波都能发生折射和衍射现象.(　　)
(2)水波的反射不遵从反射定律.(　　)
(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)“闻其声不见其人”，是指声波的衍射现象.(　　)
(5)波从一种介质进入另一种介质时波的频率发生变化.(　　)
即学即用
√
×
×
√
×
返回
TANJIUZHONGDIAN　
TISHENGSUYANG
探究重点　提升素养
2
一、波的反射和折射
1.波的反射遵从反射定律，即入射线、反射线及法线位于同一平面内，入射线、反射线分别位于法线的两侧，反射角等于入射角.
2.波的频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是不改变的.
3.波速是由介质决定的，波反射时是在同一介质中传播，因此波速不变，波折射时是在不同介质中传播，因此波速改变.
4.波长是由频率和波速共同决定的，即在波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据公式λ＝
可知波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由λ＝
可知波长变大，反之变小.
例1　图1中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则
A.2与1的波长、频率相等，波速不等
B.2与1的波速、频率相等，波长不等
C.3与1的波速、频率、波长均相等
D.3与1的频率相等，波速、波长均不等
图1
√
解析　波线1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，故A、B错；
波线1、3是在两种不同介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由λ＝
得波长不同，故C错，D对.
例2　某测量员利用回声测距，他站在两平行竖直墙壁间某一位置鸣枪，经过1
s第一次听到回声，又经过0.5
s再次听到回声，已知声速为340
m/s，则两墙壁间的距离为多少？
答案　425
m
解析　设两墙壁间的距离为s，测量员离较近的墙壁的距离为x，则他离较远的墙壁的距离为s－x，
第一次听到回声时，2x＝vt1
第二次听到回声时，2(s－x)＝v(t1＋Δt)
其中Δt＝0.5
s，t1＝1
s，代入数据解得：s＝425
m.
回声测距的三种情况
1.当声源不动时，声波遇到了障碍物后会返回继续传播，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，设经时间t听到回声，则声源到障碍物的距离为s＝v声·
.
2.当声源以速度v向静止的障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)·
.
总结提升
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)·
.
二、波的衍射
如图2所示是一个可观察水波衍射的发波水槽，振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播.思考下列问题：
导学探究
图2
(1)水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？
答案　水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后面的“阴影区”，小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显
(2)当水波遇到较大的障碍物时，会观察到什么现象？当障碍物较小时，会观察到什么现象？
答案　当水波遇到较大的障碍物时，将会返回，当障碍物较小时，波能继续向前传播
1.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.声波波长较长，一般在1.7
cm～17
m.
3.波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况.
知识深化
例3　如图3所示是观察水波衍射的实验装置.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，下列描述正确的是
A.此时不能观察到波明显的衍射现象
B.挡板前后波纹间距离不相等
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
图3
√
解析　观察题图可知孔的尺寸与波长差不多，能观察到
波明显的衍射现象，故A错误；
因波的传播速度不变，频率不变，故波长不变，即挡板
前后波纹间距离应相等，故B错误；
若将孔AB扩大，且孔的尺寸远大于波长，则可能观察不到明显的衍射现象，故C正确；
若f
增大，由λ＝
，知λ变小，衍射现象变得不明显了，故D错误.
针对训练　(2020·北京市东城区期末)如图4所示为观察水面波衍射的实验示意图，CA、BD是挡板，它们之间有一窄缝，A、B分别为窄缝边缘的两点.S点表示波源，相邻两波纹之间的距离表示一个波长，已知A、B间的距离与波长相差不多，则波穿过窄缝之后
A.波纹之间距离变大
B.波的振幅变大
C.波仅在SA与SB两直线之间的扇形区域内传播
D.波能传播到SA、SB两直线外侧的区域
图4
√
解析　穿过窄缝之后，波的频率不变，波速不变，所以波长不变，即波纹间距不变，振幅不变，故选项A、B错误；
波衍射后偏离直线传播路径，故C错误，D正确.
返回
SUITANGYANLIAN　
ZHUDIANLUOSHI
随堂演练　逐点落实
3
1.(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，频率、波长、波速均发生变化
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
1
2
3
解析　波发生反射时，在同一种介质中运动，因此波长、波速和频率都不发生变化；波发生折射时，频率不变，波长和波速均发生变化，故C正确，A、B、D错误.
√
2.(波的衍射)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5所示，下列说法正确的是
1
2
3
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
图5
√
解析　波衍射后不影响波的特性，即波长不变，A错误；
波的衍射是波特有的性质，所有波都会发生衍射现象，B错误；
由题图可知图甲衍射现象比较明显，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，无法比较缝宽一定时不同波长的波的衍射情况，C正确，D错误.
1
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3
3.(波的衍射)(2020·上海交大附中期中)如图6所示，图中S为水面上振动的波源，M、N是水面上的两块挡板，其中N板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水面没有振动，为使A处水面也能发生振动，可采用的方法是
①使波源的频率增大
②使波源的频率减小
③移动N使狭缝的间距增大
④移动N使狭缝的间距减小
A.①③
B.①④
C.②③
D.②④
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图6
√
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解析　要发生明显的衍射现象，狭缝的宽度要比波长小或与波长相差不多，要使狭缝满足发生明显衍射现象的条件，可移动N使狭缝间距变小，或将波源的波长变长，即使波源的频率减小，②④正确，故选D.
返回
KE
SHI
DUI
DIAN
LIAN
课时对点练
4
考点一　波的反射与折射
1.以下关于波的认识，错误的是
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.超声波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
基础对点练
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√
2.关于波的反射与折射，下列说法正确的是
A.入射波的波长一定等于反射波的波长，其频率不变
B.入射波的波长一定小于反射波的波长，其频率不变
C.入射波的波长一定大于折射波的波长，其频率不变
D.入射波的波长一定小于折射波的波长，其频率不变
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解析　入射波与反射波在同种介质中传播，波速相同，频率由波源决定，频率相同，由λ＝　知波长相同，选项A正确，B错误；
因不知介质情况，入射波与折射波波长无法比较，选项C、D错误.
√
3.(2020·宜昌一中期中)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0.3
s听到右边山坡反射回来的声音，又经过1.6
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
A.221
m
B.442
m
C.374
m
D.646
m
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解析　右边的声波从发出到反射回来所用时间为t1＝0.3
s，左边的声波从发出到反射回来所用的时间为t2＝1.9
s.
山谷的宽度s＝
v(t1＋t2)＝
×340×2.2
m＝374
m，故C正确.
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考点二　波的衍射
4.下列说法正确的是
A.波的衍射现象必须具备一定的条件，否则不可能发生衍射现象
B.要观察到水波明显的衍射现象，必须使狭缝的宽度远大于水波波长
C.波长越短的波，越容易发生明显的衍射现象
D.只有波才有衍射现象
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解析　衍射是波特有的现象，即任何波都会发生衍射现象，只不过存在明显与不明显的差别而已，只有当障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或者比波长小时，才会观察到明显的衍射现象，选项D正确.
5.如图1所示，正中心O点是水面上一波源，实、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷，A是挡板，B是小孔.不考虑波的反射因素，经过一段时间后，水面上的波形将分布于
A.整个区域
B.阴影Ⅰ以外的区域
C.阴影Ⅱ以外的区域
D.阴影Ⅰ和Ⅱ以外的区域
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图1
解析　小孔的宽度与水面波波长差不多，而挡板的长度却比水面波波长大得多，故经过一段时间，区域Ⅱ会因为衍射而弥漫水面波，区域Ⅰ却不能发生明显衍射现象，故选B.
6.(2020·淮北一中期中)如图2所示是利用水波槽观察到的水波衍射图像，从图像可知
A.B侧水波是衍射波
B.A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，衍射现象更明显
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图2
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解析　B侧水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，选项A错误；
同种机械波在相同介质中的传播速度相同，选项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，选项C错误；
因为只有当挡板间距离跟波长差不多，或者比波长更小时，衍射现象才明显，所以当增大挡板间距离时，衍射现象不会更明显，选项D错误.
7.在山中伐木时发出的声音既含有频率较高的声波，也含有频率较低的声波，其中只有频率较低的“嘭”“嘭”声才能被远处的人听到，这是因为
A.频率较低的“嘭”“嘭”声能量大，能传到很远
B.频率较低的“嘭”“嘭”声速度快，最先到达
C.频率较低的“嘭”“嘭”声波长较长，容易产生衍射
D.以上说法均不对
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解析　机械波的能量是由振幅决定的，声波在空气中的传播速度都相同，故选项A、B错误；
由v＝λf知，v一定，f小，λ大，则频率低的声波波长较长，易发生衍射，能在较远处被人听到，故C正确，D错误.
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8.在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子振动的频率是5
Hz，水波在水波槽中的传播速度是0.05
m/s，为观察到显著的衍射现象，小孔直径d应为
A.10
cm
B.5
m
C.d>1
cm
D.d≤1
cm
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解析　设水波波长为λ，当d≤λ时会发生明显的衍射现象，由题意知水波的波长λ＝
m＝0.01
m＝1
cm，即孔直径d≤1
cm，故选D.
9.如图3所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60
m，在防波堤后A、B两处有两个小船进港躲避风浪.某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播，下列说法正确的是
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能力提升练
A.假设波浪的波长约为70
m，则A、B两处小船基本上不
　受波浪影响
B.假设波浪的波长约为10
m，则A、B两处小船明显受到
　波浪影响
C.假设波浪的波长约为55
m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响
D.假设波浪的波长约为55
m，则A、B两处小船明显受到波浪影响
图3
√
解析　A、B两处小船明显受到波浪影响是因为水波发生明显的衍射现象，波浪能传播到A、B处，当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长差不多的时候，会发生明显的衍射现象，故D正确.
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10.(2021·天津市静海一中高二月考)已知空气中的声速为340
m/s.现有几种声波：①周期为　
s；②频率为104
Hz；③波长为10
m.它们传播时若遇到宽约为13
m的障碍物，能产生明显的衍射现象的是
A.①和②
B.②和③
C.①和③
D.都可以
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√
解析　由公式v＝　得，周期为　
s的声波的波长为λ1＝vT＝340×　
m＝17
m；由公式v＝λf得频率为104
Hz的声波的波长为λ2＝
＝　
m＝0.034
m，产生明显衍射现象的条件是孔径、障碍物的尺寸小于波长或者与波长相差不大，故①能产生明显的衍射现象，②不能产生明显的衍射现象.
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波长为10
m的声波，障碍物宽度为13
m，与该声波波长相差不大，故③能产生明显的衍射现象.
因此，能产生明显的衍射现象的是①和③，故C正确，A、B、D错误.
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