3.3 波的反射、折射和衍射 导学案 高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

3.3 波的反射 折射和衍射
【学习目标】
1.知道波传播到两种介质交界面时会发生反射、折射现象．
2．了解波的衍射现象和衍射图样，知道波发生明显衍射现象的条件．
3．知道衍射是波特有的现象.
【重点】
探究波的衍射现象是否明显的条件
【难点】
认识波的衍射现象及其产生明显衍射现象的条件
【新课引入】
声音在传播过程中，遇到障碍物时会发生反射。对着远处的峭壁大喊一声会听到回声，就是声波在峭壁上反射的结果。生活中，你是否注意过水波的反射？波的反射应该遵从什么规律？
在发波水槽一端有一平板振动发生器，振动发生器在水槽中能够产生水波。在水槽中斜向放置一个挡板，观察水波在传播过程中发生的现象。
【学习任务一】波的反射、波的折射
1．波的反射
(1)波的反射：波传播过程中遇到介质界面会 原介质继续传播的现象。
(2)反射波的 、 、频率跟入射波的相同。
(3)波的反射定律：反射线、入射线和法线在同一平面内，反射线和入射线分别位于法线两侧，反射角 入射角．如图所示．
2．波的折射
(1)波的折射：波从一种介质 另一种介质时，波的 发生改变的现象．
(2)波的折射中，波的 不变，波速和波长发生改变．
3.波的反射、折射现象中各物理量的变化
　　　现象比较项目　　　 波的反射 波的折射
传播方向 改变， 改变，
频率f 不变 不变
波速v 不变 改变
讨论与总结：
1．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 ．
2．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 ，波折射时是在不同介质中传播，因此波速 ．
3．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 ；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 ，反之变小．
【例1】图中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
针对训练：某物体发出的声音在空气中的波长为1 m，波速为340 m/s，在海水中的波长为4.5 m.
(1)该波的频率为 Hz，在海水中的波速为 m/s.
(2)若物体在海面上发出的声音经过0.5 s听到回声，则海水深为多少？.
【学习任务二】波的衍射
1．定义：波可以绕过 继续传播的现象。
2．实验现象
(1)实验器材：在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝。
(2)现象：狭缝宽度比波长大得多，波的传播如同光沿 一样，在挡板后面产生“阴影区”；当狭缝宽度与波长相差不多或者狭缝宽度比波长更小时，水波可以 挡板后面继续传播．
3．发生明显衍射现象的条件
缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长 ，或者比波长 。
【例2】（多选）水波通过小孔，发生了一定程度的衍射，为使衍射现象更明显，下列做法可取的是 ( 　)
增大小孔尺寸　　　 B．减小小孔尺寸
C．增大水波频率 D．减小水波频率
【针对训练】两列不同频率的水波通过相同的小孔形成的衍射图样如图所示，由图可知，两列波的波长和频率的大小关系是(　　)
A．λ甲>λ乙，f甲>f乙　　 B．λ甲<λ乙，f甲C．λ甲>λ乙，f甲f乙
【例3】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，则对于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是( )
A．此时能明显观察到波的衍射现象
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
巩固练习
1、机械波在传播过程中遇到障碍物时会发生反射，如果用射线表示波的传播方向，下列说法正确的是（　　）
A．入射线与反射线一定在同一平面内，法线与这一平面垂直
B．入射线与反射线可能在法线同侧
C．“回声”是声波的反射现象 D．“回声”是声波的折射现象
2.一列水波穿过小孔产生衍射，衍射后的水波（ ）.
A．波长增大 B．周期增大 C．频率减小 D．振幅减小
3.下列关于波的衍射的说法不正确的是(　　)
A．衍射是一切波特有的现象
B．对同一列波，缝、孔或障碍物越小，衍射现象越明显
C．只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象
D．声波容易发生衍射现象是由于声波波长较长
4.对于波的折射现象，下列说法正确的是（　　）
A．当入射速度小于折射速度时，折射方向偏离法线
B．当波垂直界面入射时，传播方向不改变，波速和波长都不改变
C．在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变
D．波发生折射时一定不会发生反射现象
5.图中S为在水面上振动的波源，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处水面没有明显振动，为使A处水面也能发生明显振动，可采用的方法是( )
A．使波源的频率增大 B．使波源的频率减小
C．移动N使狭缝的间距增大 D．在不移动M板的情况下，不能使A处发生明显振动
6.小河中有一个实心桥墩P，A为靠近桥墩浮在平静水面上的一片树叶，俯视如图所示。现在S处以某一频率拍打水面，使形成的水波能带动树叶A明显振动起来，可以采用的方法是（　　）
A、以较低的频率拍打水面
B、以较高的频率拍打水面
C、只要拍打，A就会明显振动
D、无论怎样拍打，A都不会明显振动
7、一列简谐横波在t=0.2s时刻的波形如图甲所示，位于平衡位置的质点A、B，介质中B质点的振动图像如图乙所示，下列说法正确的是（　　）
A．该波沿x轴负向传播
B．A、B两点的速度和位移有可能在某个时刻均相同
C．再经过0.3s，B质点通过的总路程为0.1m
D．若此波遇到一个宽0.3m的障碍物，则能发生明显衍射
8、甲、乙两人分乘两只小船在湖中钓鱼，两船相距24m。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。
(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30m的桥洞，桥墩直径为3m，桥墩处能否看到明显衍射？
(4)若该桥为一3m宽的涵洞，洞后能否发生明显衍射？