教科版高中物理选择性必修第一册第三章机械波第4节波的反射、折射与干涉课件（42页PPT）

(共42张PPT)
[学习目标]
1.知道什么是波的反射和折射，掌握波的反射定律和折射规律，并能进行简单的应用。
2.了解波的叠加原理，知道干涉现象是波特有的现象。
3.通过实验，认识波的干涉现象和波的干涉图样。知道波发生稳定干涉现象的必要条件。
1.波的反射与折射现象：波在传播的过程中，遇到两种介质的分界面时返回到原介质继续传播的现象叫作波的反射；从一种介质进入另一种介质时，波传播的方向发生偏折的现象叫作波的折射。
2.波的反射定律：机械波在两种介质的界面处要发生反射，反射波线与入射波线、法线位于__________，反射波线与入射波线位于法线两侧，反射角____入射角；反射波线的波长、频率和波速都与入射波线_____。
4.故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率相等，即波源的振动频率相同。
同一平面内
等于
相同
变大
减小
[易错辨析]
(1)水波的反射与初中学过的光的反射遵循同样的规律。( )
(2)入射波的波线与界面的夹角叫入射角。( )
(3)一切波都会发生折射现象。( )
(4)波在发生折射后，其频率和波速都不发生变化。( )
√
√
×
×
C
1.波的叠加原理：介质中的几列波相遇后，仍将____着它们各自原有的_____ (频率、振幅、振动方向、传播方向等)继续传播，并不因为有其他波的存在而发生变化。在几列波的重叠区域内，质点要_________由几列波引起的振动，质点的总位移等于各列波单独存在时在该处引起的振动位移的_______。
2.波的干涉现象
(1)定义：_____相同的两列波叠加，使介质中某些区域的质点振动______、另一些区域的质点振动_____，并且这两种区域互相_____、位置保持不变。这种稳定的叠加现象叫作波的干涉。
(2)干涉是__特有的现象，波的干涉中形成的________，产生的条件为____相同的波。
保持
特性
同时参与
矢量和
频率
加强
减弱
隔开
波
稳定图样
频率
3.波的干涉的理解
(1)波的叠加是无条件的，任何频率的两列波在空间相遇都会叠加。
(2)稳定干涉图样的产生是有条件的，必须是两列同类的波，并且波的频率相同、振动方向在同一直线上、相位差恒定。如果两列波的频率不相等，在同一种介质中传播时其波长就不相等，这样不能形成稳定的振动加强点和减弱点，因此我们就看不到稳定的干涉图样，只能是一般的振动叠加现象。
(3)发生干涉现象时，振动加强的点和振动减弱的点始终在以振源的频率振动，其振幅不变(若是振动减弱点，振幅小)，但其位移随时间发生变化。
4.干涉图样及其特征

(1)加强区和减弱区的位置固定不变。
(2)加强区始终加强，减弱区始终减弱(加强区与减弱区不随时间变化)。
(3)加强区与减弱区互相间隔。
[易错辨析]
(1)只有频率相同的两列波才可以叠加。( )
(2)两列波相遇并彼此穿过后各自的振动特点会受到影响。( )
(3)两列波叠加时，质点的位移可能减小。( )
(4)两个人一起说话，不会发生干涉现象。( )
(5)两列波发生干涉时，振动加强的位置和减弱的位置是不变的。( )
(6)在振动减弱的区域，各质点都处于波谷。( )
×
×
×
√
√
√
[例2]　一条弹性绳子呈水平状态，M为绳子中点(图中未画出)，两端P、Q同时开始上下振动，一小段时间后产生的波形如图所示，对于其后绳上各点的振动情况，以下判断正确的是(　　)
A
A.两列波将同时到达中点M B.两列波波速之比为1∶2
C.中点M的振动总是加强的 D.M点的位移大小不可能为零
解析　由于波在同种介质中传播，波速相同，又有M为绳子中点，则两波同时到达M点，故B错误，A正确；由于波长不同，则两列波并不能发生稳定的干涉现象，因此两波在M点相遇时，M点的振动并不总是加强或减弱，故C错误；当两波刚传到M点时，此时刻位移为零，所以M点的位移大小在某时刻可能为零，故D错误。
[例3]　(多选)如图所示，两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇。图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示的是波谷，下列说法正确的是(　　)

A.a、c两点的振动加强，b、d两点的振动减弱
B.e、f两点的振动介于加强点和减弱点之间
C.经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换
D.经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰
AD
解析　波的干涉示意图表示的是某一时刻两列相干波叠加的情况，形成干涉图样的所有质点都在不停地振动着，其位移的大小和方向都在不停地变化着。但要注意，对稳定的干涉，振动加强和减弱区域的空间位置是不变的。此时a点是波谷和波谷相遇的点，c是波峰和波峰相遇的点，都是振动加强的点，而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点，是振动减弱的点，A正确；e位于加强点的连线上，为加强点，f位于减弱点的连线上，为减弱点，B错误；相干波叠加产生的干涉是稳定的，不会随时间变化，C错误；因形成干涉图样的质点不停地做周期性振动，经半个周期步调相反，D正确。
1.(波的反射和折射)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
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，故A、B错误；波发生折射时，频率不变，波长和波速均发生变化，故C正确，D错误。
C
2.(波的反射)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
C
3.(波的叠加)(多选)如图所示，波源S1在绳的左端发出频率为f1，振幅为A1的半个波形a，同时另一个波源S2在绳的右端发出频率为f2，振幅为A2的半个波形b，且f1＜f2，P为两个波源连线的中点。已知机械波在介质中传播的速度只由介质本身的性质决定。下列说法正确的是(　　)
A.两列波比较，a波将先到达P点
B.两列波同时到达P点
C.两列波在P点叠加时，P点的位移最大可达A1＋A2
D.b的波峰到达P点时，a的波峰还没有到达P点
BD
4.(波的干涉)(2023·浙江1月选考)主动降噪耳机能收集周围环境中的噪声信号，并产生相应的抵消声波，某一噪声信号传到耳膜的振动图像如图所示，取得最好降噪效果的抵消声波(声音在空气中的传播速度为340 m/s)(　　)
A.振幅为2A
B.频率为100 Hz
C.波长应为1.7 m的奇数倍
D.在耳膜中产生的振动与图中所示的振动同相
B
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[基础巩固练]
1.关于波的反射、折射现象，下列说法正确的是(　　)
A.一切波都能发生反射、折射现象
B.发生折射时，波的传播方向一定会发生改变
C.不是所有的波都能发生反射
D.波发生折射时，波长、频率和波速都会发生变化
A
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2.(2025·广东湛江高二期中)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，与障碍物的距离至少要大于(　　)
A.34 m B.17 m
C.100 m D.170 m
解析　声音遇到障碍物后，被反射，则2L＝vt，t≥0.1 s，所以L≥17 m，故B正确。
B
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3.(多选)当两列水波发生干涉时，如果两列波的波峰在P点相遇，下列说法正确的是(　　)
A.质点P的振动有时是减弱的
B.质点P的振动始终是加强的
C.质点P的振幅最大
D.质点P的位移始终最大
解析　P点是两列波的波峰的相遇点，故其振动始终是加强的，A错误，B正确；质点P处于振动加强区，振幅最大，C正确；对于某一个振动的质点，位移是会随时间变化的，D错误。
BC
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4.波源甲、乙分别在一根水平放置的绳的左右两端，两波源发出的波在绳中的传播速度均是1 m/s。在t＝0时刻绳上的波形如图所示。则根据波的叠加原理，以下叙述正确的是(　　)

A.当t＝2 s时，波形如图①所示；当t＝4 s时，波形如图②所示
B.当t＝2 s时，波形如图①所示；当t＝4 s时，波形如图③所示
C.当t＝2 s时，波形如图②所示；当t＝4 s时，波形如图①所示
D.当t＝2 s时，波形如图②所示；当t＝4 s时，波形如图③所示
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解析　当t＝2 s时，根据传播速度可知，它们相互重叠，由于振动方向相反，则振动减弱，波形如图②所示；当t＝4 s时，各自传播了4 m，由于互不干扰，所以波形如图③所示，故选项D正确。
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5.(多选)如图所示，实线和虚线分别表示振幅、频率均相同的两列波的波峰和波谷，此刻，M是波峰与波峰相遇点。下列说法正确的是(　　)
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6.某同学注意到手机摄像头附近有一个小孔，查阅手机说明后知道手机内部小孔位置处安装了降噪麦克风。进一步翻阅技术资料得知：降噪麦克风通过降噪系统产生与外界噪音相位相反的声波，与噪音叠加从而实现降噪的效果。如图是理想情况下的降噪过程，实线对应环境噪声，虚线对应降噪系统产生的等幅反相声波。则(　　)
A.降噪声波与环境噪声的频率不相等
B.降噪过程可以消除通话时的所有背景杂音
C.降噪过程实际上是声波发生了干涉
D.P点经过一个周期传播的距离为一个波长
C
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解析　由图看出，降噪声波与环境声波波长相等，又由机械波传播的速度由介质决定可知降噪声波与环境噪声的传播速度相等，则两列波频率相同，叠加时产生干涉，由于两列声波等幅反相，所以振动减弱，起到降噪作用，选项A错误，C正确；降噪过程不能消除通话时的所有背景杂音，只能消除与降噪声波频率相同的杂音，选项B错误；P点并不随波移动，选项D错误。
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7.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(不是中间位置)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。
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[能力提升练]
8.气流流动的过程中都会发出噪声，如图所示的消声器可以用来削弱高速气流产生的噪声。波长为λ 的声波沿水平管道自左向右传播，在声波到达a处时，分成上下两束波，这两束声波在b处相遇时可削弱噪声，则(　　)
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9.(2025·四川成都一诊)如图所示为某学校报告厅的平面图，AB是主席台，S1、S2是报告厅墙壁上的两个喇叭。报告者的声音经喇叭放大后传回话筒，重复放大时可能会产生啸叫。为避免
A
啸叫，话筒最好摆放在主席台上适当的位置，在这些位置上两个喇叭传来的声音强度因干涉而减弱。主席台上有四个位置a、b、c、d，到S1的距离分别为5 m、6 m、7 m、8 m，到S2的距离分别为8 m、6 m、5 m、4 m。已知空气中声速为340 m/s，假设报告人声音的频率为170 Hz，则话筒最好摆放在(　　)
A.a B.b
C.c D.d
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10.(多选)(2022·浙江6月选考)位于x＝0.25 m的波源p从t＝0时刻开始振动，形成的简谐横波沿x轴正负方向传播，在t＝2.0 s时波源停止振动，t＝2.1 s时的部分波形如图所示，其中质点a的平衡位置xa＝1.75 m，质点b的平衡位置xb＝－0.5 m。下列说法正确的是(　　)
A.沿x轴正负方向传播的波发生干涉
B.t＝0.42 s时，波源的位移为正
C.t＝2.25 s时，质点a沿y轴负方向振动
D.在0到2 s内，质点b运动总路程是2.55 m
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11.两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播，两波源分别位于x轴－0.2 m和1.2 m处，两波的波速均为0.4 m/s，波源的振幅均为2 cm。如图为t＝0时刻两列波的图像，此刻平衡位置在x轴0.2 m和0.8 m的P、Q两质点开始振动。质点M、N的平衡位置分别处于x轴0.5 m和0.6 m处。求：

(1)左侧波引起的平衡位置在x＝0处质点的振动方程；
(2)t＝1 s时，质点M的位移；
(3)0～3 s内质点N运动的路程。
答案　(1)y＝2sin 2πt(cm)　(2)－4 cm　(3)4 cm
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[拓展培优练]
12.固定在同一个振动片上的两根细杆，当振动片振动时，两根细杆周期性地触动水面，形成两个波源。两列波相遇后，形成稳定的干涉图样，如图仅为示意图。已知两波源间的距离为0.6 m，波长为0.25 m，下列判断正确的是(　　)
A.两波源的频率相同，相位差恒定
B.振动加强区域各质点的振动频率为波源的2倍
C.在水面上放一树叶，树叶会振动着向水槽边缘飘去
D.两波源的连线上振动加强的位置有6处
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解析　由于两根细杆固定在同一个振动片上，则两波源的频率相同，相位差恒定，故A正确；由题意可知两列波的周期与频率相同，即这两列波为相干波，形成干涉图样后，有加强区域与减弱区域，但各质点的振动频率相同且等于波源的频率，故B错误；树叶会振动起来，但只会在平衡位置附近振动，并不会随波迁移，故C错误；设x1、x2为两波源连线上某点到两波源的距离，两波源连线上的加强点应满足x1－x2＝nλ(n＝0，±1，±2，±3，…)，又有0