《创新课堂》第三章 机械波 3.波的反射、折射和衍射 课件 高中物理选择性必修第一册（人教版）

(共55张PPT)
3.波的反射、折射和衍射
1.知道波的反射、折射和衍射现象，知道明显衍射的条件。
2.理解波的反射规律和折射规律，能进行有关简单计算。
3.经历探究波的明显衍射条件的过程。
学习目标
01
知识点一　波的反射和折射
目 录
02
知识点二　波的衍射
03
素养培优
04
随堂演练
05
课时作业
01
PART
知识点一　波的反射和折射
情境：如图甲所示，我们在山中对着山谷大声喊“你好……”时会听到
“连绵不断”的“你好……”的回声；如图乙所示，在空旷的大房间里大
声说话时，会听到“嗡嗡”的回声，导致不容易听清声音。
问题：这些属于波的什么现象？
提示：都是声波的反射现象。
1. 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 内，反射线与入
射线分居 两侧，反射角 入射角。
同一平面　
法线　
等于　
2. 波的折射
（1）波的折射：光从一种介质 时会发生折射，同
样，波从一种介质进入另一种介质时也发生 。
（2）水波的折射：一列水波在 不同的水域传播时，在交界面处
将发生 。
进入另一种介质　
折射　
深度　
折射　
【易错辨析】
1. 发生波的反射现象时，波又回到了同种介质。 （　√　）
2. 发生波的折射现象时，波进入了另一种介质。 （　√　）
3. 发生波的折射现象时，不会同时发生波的反射现象。 （　×　）
√
√
×
1. 波在两种介质的界面上会同时发生反射现象和折射现象，一些相关物理
量变化如表：
比较项目 波的反射 波的折射
传播方向 改变i＝i' 改变r≠i
频率f 不变 不变
波速v 不变 改变
波长λ 不变 改变
2. 说明
（1）频率f由波源决定，故无论是反射波的频率还是折射波的频率都等于
入射波的频率。
（2）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；折射波与入射波在不同介质中传播，波速变化。
（3）根据v＝λf，波长λ与波速v及频率f有关，即与介质和波源有关，反射
波与入射波在同一介质中，波速相同、频率相同，故波长相同。折射波与
入射波在不同介质中传播，波速不同，频率相同，故波长不同。
【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
√
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，故A、B错误；波发生折射时，在不同介质中传播，频率不变，波速
和波长均发生变化，故C错误，D正确。
02
PART
知识点二　波的衍射
情境：如图所示，画的是“隔墙有耳”的寓言故事。
问题：隔墙能听到说话声，这属于什么现象？
提示：声波的衍射现象。
1. 定义：波绕过 继续传播的现象。
2. 发生明显衍射的条件：缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟 相差不
多，或者比波长更小。
3. 波的衍射的普遍性：一切波都能发生 。衍射是波特有的现象。
障碍物　
波长　
衍射　
【易错辨析】
1. “闻其声而不见其人”，是指声波的衍射现象。 （　√　）
2. 缝或孔的宽度较大时，不能发生衍射现象。 （　×　）
3. 一切波都能发生衍射现象。 （　√　）
√
×
√
1. 关于明显衍射的条件
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，缝、孔的宽度或障碍物的尺寸
跟波长差不多，或比波长更小是产生明显衍射的条件。
2. 波的衍射实质分析
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
直线传播只是衍射不明显时的近似情况。
【例2】　（发生明显衍射的条件）〔多选〕如图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
√
√
√
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正确；因波的传播速度不变，频率不变，则波长不变，即
挡板前后波纹间距离应相等，故B正确；若将孔AB扩大，若孔的尺寸远大
于波长，则可能观察不到明显的衍射现象，故C正确；若频率增大，由λ＝
知，波长变小，若孔的大小不变，衍射现象可能变得不明显，故D错误。
03
PART
素养培优
回声测距的三种情况
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，设声源发出声波后经时间t听到回声，
则声源到障碍物的距离x＝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，声源发出的声波遇到障碍物经时间t返回，声源发声时障碍物到声源的
距离x＝（v声＋v）·。
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，
声波遇到障碍物经时间t返回，声源发声时障碍物到声源的距离x＝（v声－
v）·。
【典例1】　 （2025·湖南长沙期末）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
解析：　向右传播的声波从发出到反射回来所用时间t1＝0.3 s，向左传播
的声波从发出到反射回来所用的时间t2＝0.3 s＋1.6 s＝1.9 s，山谷的宽度
x＝v（t1＋t2）＝×340×2.2 m＝374 m，故C正确。
√
【典例2】　为了测出海底的深度，现用波长为3.4 cm的超声波向海底定
向发射，经过0.8 s，探测仪器收到发射出去的超声波返回的信号，超声波
在海水中的波长为15.3 cm，超声波在空气中的波速为340 m/s，则海底深
度为多少？
答案：612 m
解析：由v＝λf及超声波的频率不变可得＝，
海底深度h＝v2×＝v1×＝×340× m＝612 m。
课堂小结
04
PART
随堂演练
1. （波的反射和折射）以下关于波的认识，不正确的是（　　）
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的特殊隐形物质，是为了减少波的反射，
从而达到隐形的目的
C. 波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化
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：　波发生折射时，介质改变，则波速改变，但频率由波源决定，
则波的频率不变，由v＝λf知，波长也发生变化，C错误。
√
1
2
3
4
2. （波的折射）〔多选〕（2025·湖北襄阳期末）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，折射后波长变大
B. 当波垂直于界面入射时，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
√
√
1
2
3
4
解析： 　波从一种介质进入另一种介质时周期、频率是不变的，则当入
射速度小于折射速度时，根据λ＝vT，折射后波长变大，即在波的折射
中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变，选项A、C正确；当波垂直
于界面入射时，传播方向不改变，但波速和波长都要改变，选项B错误；
波发生折射时也可以在两种介质界面上发生反射现象，选项D错误。
1
2
3
4
3. （波的反射）（2025·四川绵阳期末）甲、乙两人平行站在一堵墙前
面，两人相距2a，距离墙均为a，当甲开了一枪后，乙在时间t后听到第
一声枪响，则乙听到第二声枪响的时间为 （　　）
A. 听不到 B. 甲开枪3t后
C. 甲开枪2t后 D. 甲开枪t后
√
1
2
3
4
解析：　乙听到的第一声枪响必然是甲开枪的声音直接
传到乙的耳中，故v＝，甲、乙两人及墙的位置如图所
示，乙听到的第二声枪响必然是墙反射的枪声，由反射定
律可知，波线如图中AC和CB所示，由几何关系可得AC＝
CB＝2a，故第二声枪响传到乙的耳中的时间t'＝＝2t，故
选C。
1
2
3
4
4. （波的衍射）（2025·河南南阳期末）如图所示，在空旷的广场上有一
堵较高大的墙MN，在墙的一侧有两个响度一样的汽笛先后放在O点鸣放，
它们的频率相差较大，O点到A、B的直线距离相等，某人从A点走到墙后
的B点，在此过程中，如从衍射的角度来考虑，则会听到（　　）
A. 听到高频汽笛声在A、B处的强弱都没有变化
B. 听到低频汽笛声在B处比A处变强
C. 声音变弱，低频汽笛声比高频汽笛声更弱
D. 声音变弱，高频汽笛声比低频汽笛声更弱
√
1
2
3
4
解析：　B处汽笛声是波的衍射现象，无论高频还是低频，B处汽笛声较
弱，A、B错误；频率低，则波长大，衍射现象更明显，则高频汽笛声比低
频汽笛声更弱，C错误，D正确。
1
2
3
4
05
PART
课时作业
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
知识点一　波的反射和折射
1. 下列现象不是由声音的反射形成的是（　　）
A. 夏天下雨时，我们总是先看到闪电，后听到雷声
B. 北京天坛的回音壁的回音现象
C. 同样的声音在房间里比在旷野里听起来响亮些
D. 在火车站候车大厅中，我们有时听不清播音员的声音
√
解析：　先看到闪电，后听到雷声是由于光比声音传播速度快，不是声
音的反射；北京天坛的回音壁的回音现象属于声音的反射；同样的声音在
房间里比在旷野里听起来响亮些，是因为声音的反射现象；在火车站候车
大厅中，我们有时听不清播音员的声音，是声音的反射造成的，故选A。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2. 一列声波从空气传入水中，已知水中声速较大，则（　　）
A. 声波频率不变，波长变小
B. 声波频率不变，波长变大
C. 声波频率变小，波长变大
D. 声波频率变大，波长不变
解析：　声波由空气传入水中，频率不变，波速变大，由v＝λf知，波长
变大，选项B正确。
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
3. （2025·湖北武汉期末）如图所示，一列水波在两种不同深度水体A、B
的分界面上同时发生了反射和折射，其中反射波与折射波的（　　）
A. 波长相同 B. 波速大小相同
C. 周期相同 D. 传播方向相同
解析：　波从一种介质进入另一种介质，频率（周期）不变，由于波速
取决于介质，所以波速改变，由λ＝知，波长发生变化，由题图可知，传
播方向不同，故C正确，A、B、D错误。
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
知识点二　 波的衍射
4. （2025·江苏淮安期末）图中S为在水面上振动的波源，M、N为在水面
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
水没有振动。为使A处水也能发生振动，下列方法无效的是（　　）
A. 移动N使狭缝的距离增大
B. 使波源的频率减小
C. 使波源的周期增大
D. 移动N使狭缝的距离减小
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析：　当障碍物、缝、孔的尺寸和波长相比，相差不多或者比波长更
小时，发生明显衍射现象，由题意可知，减小波源的频率或增大周期，可
使波长增大，移动N使狭缝的距离减小，这些都可以使衍射现象更加明
显，故B、C、D不符合题意；移动N使狭缝的距离增大，不能使衍射现象
更加明显，故A符合题意。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
5. 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，容易发生明显衍射现象
D. 以上说法均不对
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
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A、B错误；由λ＝知，v一定，f越低，λ越大，则频率低的声
波波长较长，容易发生明显衍射现象，能在较远处被人听到，故C正
确，D错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
6. （2025·甘肃天水期中）如图，在水槽里放三块挡板，中间留两个狭
缝，水波通过狭缝前的传播情况如图所示。在挡板后M、N点放置乒乓
球，下列说法正确的是（　　）
A. 若两个乒乓球都振动起来，则两个乒乓球的振动频率相
等
B. 若右侧乒乓球振动起来，则左侧乒乓球可能没有振动
C. 若两个乒乓球都振动起来，则波源的频率一定等于乒乓
球的固有频率
D. 增加波源的振动频率，衍射现象更明显
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析：　若两个乒乓球都振动起来，则都做受迫振动，其振动频率等
于波源的振动频率，所以两个乒乓球的振动频率相等，故A正确；由于
左侧狭缝更窄，所以衍射现象更明显，所以若右侧乒乓球振动起来，
则左侧乒乓球一定振动，故B错误；若两个乒乓球都振动起来，则波源
的频率一定等于乒乓球振动的频率，但不一定等于乒乓球的固有频
率，故C错误；增大波源的振动频率，则波长会变小，衍射现象变得没
那么明显，故D错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
7. （2025·河北张家口月考）向水面上扔一个石块，形成如图所示的波
形，已知相邻实线间的距离等于一个波长，不考虑水波的反射，如图甲所
示放置A、B两个狭缝，如图乙所示放置C、D两块挡板，以下说法正确的
是（　　）
A. 狭缝A处不易发生明显的衍射现象
B. 狭缝B处容易发生明显的衍射现象
C. 挡板C处不会发生衍射现象
D. 挡板D处能发生明显衍射现象
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析：　当障碍物或孔的尺寸与水波的波长相比差不多、或者小于波长
时，才能发生明显的衍射现象；由图可知，狭缝A以及挡板D的尺寸与水波
的波长差不多，所以狭缝A和挡板D处能发生明显的衍射现象；狭缝B处的
尺寸远大于波长，该处不容易发生明显的衍射现象；故A、B错误，D正
确；水波遇到挡板C时会发生衍射现象，但由于挡板C的尺寸远大于波长，
所以衍射现象不明显，故C错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
8. 海浪从远海传向海岸。已知海浪的传播速度与海水的深度有关，海水越
深，速度越大。一艘大船停泊在离岸较远处，振动的周期为8 s，则（　　）
A. 海浪拍打海岸的周期大于8 s
B. 海浪从远海传向海岸，相邻波峰之间的距离变大
C. 悬挂在船上摆长为1 m的单摆的振动周期为8 s
D. 让船停泊在离海岸更近处，海浪通过船体的衍射现象更明显
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析：　海浪引起的机械振动的周期等于海浪拍打海岸的周期，即海浪
拍打海岸的周期也为8 s，选项A错误；根据v＝得，海浪的波长λ＝vT，离
海岸越近，海水越浅，速度越小，则波长越小，即相邻波峰之间的距离变
小，选项B错误；悬挂在船上的单摆振动属于受迫振动，其振动频率取决
于驱动力的频率，与固有频率无关，选项C正确；机械波发生明显衍射现
象的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多，离海岸更近时，海浪
波长越小，故衍射现象不如较远处明显，选项D错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
9. 科学家经过反复研究，终于揭开了蝙蝠能在夜间飞行的秘密。它一边
飞，一边从嘴里发出一种超声波，人的耳朵听不见，蝙蝠的耳朵却能听
见，超声波像波浪一样向前推进，遇到障碍物蝙蝠就马上“收到信息”，
立刻改变飞行的方向。下列说法正确的是（　　）
A. 蝙蝠能躲避障碍物主要是利用了声波的折射
B. 蝙蝠发出的声波频率应该大于2×104 Hz
C. 若蝙蝠发出的是次声波，也能躲避障碍物
D. 该超声波经静止障碍物反射后，波长变长
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析：　蝙蝠能躲避障碍物主要是利用了声波的反射，A错误；人耳能听
见的声音的频率范围在20 Hz～2×104 Hz，蝙蝠发出的是超声波，频率应
大于2×104 Hz，B正确；次声波频率低于20 Hz，波长较长，在传播过程中
很容易绕过障碍物发生衍射现象，使次声波难以反射回来，因此不能准确
定位，C错误；超声波经静止障碍物反射后波速不变，频率也不变，由v＝
λf可知，波长不变，D错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
10. 〔多选〕（2025·吉林白城期末）在观察水波衍射实验的时候，在水槽
盛有一定深度的水，改变波源的频率和狭缝的宽度，分别拍摄了以下四幅
照片，对于照片上出现的情景，下列判断正确的是（　　）
A. 已知甲、乙中水波波长相同，由图可知狭缝的宽度越大衍射现象越明显
B. 已知甲、乙中水波波长相同，由图可知狭缝的宽度越小衍射现象越明显
C. 已知丙、丁中狭缝宽度一样，由图可知波长越短的水波衍射现象越明显
D. 已知丙、丁中狭缝宽度一样，由图可知波长越长的水波衍射现象越明显
√
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析： 　已知甲、乙中水波波长相同，由题图可知图乙的狭缝小、衍射
现象更明显，可知狭缝的宽度越小衍射现象越明显，A错误，B正确；已知
丙、丁中狭缝宽度一样，由题图可知，图丙的波长长、衍射现象更明显，
可知波长越长的水波衍射现象越明显，C错误，D正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
11.一只汽船以4 m/s的速度在无风的河面上航行，船上发出一声鸣笛，旅客在3 s后听到前方悬崖反射回来的声音，设声音在空气中的传播速度为340 m/s。则悬崖距离汽船鸣笛的位置（　　）
A. 504 m B. 516 m
C. 1 008 m D. 1 032 m
√
解析：　汽船向悬崖靠近，3 s行驶了L＝v船t＝12 m，声波3 s内传播的距
离v声t＝2x－L，所以悬崖离汽船的鸣笛位置x＝＝516 m，故B正确。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
12. 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＝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Δt＝6.0 s，试估算云层下表面
的高度。已知空气中的声速v＝ km/s。
答案：2.0×103 m
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
解析：如图所示，设A为爆炸处，O为观测者所在处，B为云层反射点，
h为云层下表面的高度，t1为爆炸声直接经地面传到观测处所用的时间，则有d＝vt1　①设t2为爆炸声经云层反射后到达O处所需的时间，因为入射角等于反射角，故有
2＝vt2　②
已知t2－t1＝Δt　③
联立①②③式可得h＝
代入数据解得h＝2.0×103m。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
THANKS
演示完毕 感谢观看