第3節(jié)

波的反射、折射和衍射1．知道波傳播到兩種介質(zhì)交界面時(shí)會(huì)發(fā)生反射和折射現(xiàn)象。2．知道波的反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象的區(qū)別。3．理解波的衍射現(xiàn)象，知道波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件。4．知道反射、折射、衍射現(xiàn)象是一切波都會(huì)發(fā)生的現(xiàn)象。一、波的反射和折射1．填一填(1)波的反射：反射線、法線和入射線在同一________，反射線與入射線分居法線_____，反射角_____入射角。(2)波的折射①波在兩種介質(zhì)的界面上會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象。②一切波都會(huì)發(fā)生______現(xiàn)象。平面內(nèi)兩側(cè)等于折射2．判一判(1)發(fā)生波的反射現(xiàn)象時(shí)，波又回到了同種介質(zhì)。

()(2)發(fā)生波的折射現(xiàn)象時(shí)，波進(jìn)入了另一種介質(zhì)。

()(3)發(fā)生波的折射現(xiàn)象時(shí)，不會(huì)同時(shí)發(fā)生波的反射現(xiàn)象。

()3．想一想人們聽不清對(duì)方說話時(shí)，除了讓一只耳朵轉(zhuǎn)向?qū)Ψ剑€習(xí)慣性地把同側(cè)的手附在耳旁，這樣做是利用聲波的什么特點(diǎn)提高耳朵的接收能力？提示：在耳郭原有形狀、面積的基礎(chǔ)上增加一個(gè)手的面積是為了增加波的反射來提高耳朵的接收能力?！獭獭炼⒉ǖ难苌?．填一填(1)定義：波繞過_______繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。(2)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象①實(shí)驗(yàn)器材：在水槽里放兩塊擋板，中間留個(gè)______。②現(xiàn)象a．狹縫寬度比波長大得多時(shí)：波的傳播如同光沿_____傳播一樣，擋板后面產(chǎn)生一個(gè)_______。b．狹縫寬度與波長相差不多或狹縫寬度比波長更小時(shí)：波_____擋板后面繼續(xù)傳播。c．當(dāng)狹縫寬度一定時(shí)，波長與狹縫相差不多時(shí)，有______的衍射現(xiàn)象，隨著波長的_____，衍射現(xiàn)象變得越來越不明顯。障礙物狹縫直線陰影區(qū)繞到明顯減小(3)發(fā)生明顯衍射的條件縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長__________，或者比波長_____。(4)一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波_____的現(xiàn)象。2．判一判(1)“聞其聲而不見其人”，是指聲波的衍射現(xiàn)象。

()(2)縫或孔的寬度較大時(shí)，不能發(fā)生衍射現(xiàn)象。

()(3)一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象。

()相差不多更小特有√×√3．選一選下列現(xiàn)象或事實(shí)屬于衍射現(xiàn)象的是

(

)A．風(fēng)從窗戶吹進(jìn)來B．雪堆積在背風(fēng)的屋后C．水波前進(jìn)方向上遇到凸出在水面上的小石塊，小石塊對(duì)波的傳播沒有影響D．晚上看到水中月亮的倒影解析：波在傳播過程中偏離直線傳播繞過障礙物的現(xiàn)象稱為波的衍射，C與衍射現(xiàn)象相符。答案：C[學(xué)透用活]1．波的反射(1)入射角與反射角入射角：入射線與法線的夾角，如圖中的α；反射角：反射線與法線的夾角，如圖中的β。波的反射與折射3．波的反射與折射的比較波現(xiàn)象比較項(xiàng)目波的反射波的折射傳播方向改變(θ反＝θ入)改變(θ折≠θ入)頻率f不變不變波速v不變改變波長λ不變改變(1)頻率f由波源決定，故無論是反射波還是折射波都與入射波的頻率，即波源的振動(dòng)頻率相同。(2)波速v由介質(zhì)決定，因反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播，故波速不變；而折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，所以波速變化。(3)據(jù)v＝λf知，波長λ與v及f有關(guān)，即與介質(zhì)及波源有關(guān)，反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播，頻率相同，故波長相同。折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，f相同，v不同，故λ不同。[解析]

由于波的頻率由波源決定，因此波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，頻率保持不變。波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，波速發(fā)生變化，由v＝λf可知波長也發(fā)生變化。由此可知只有D選項(xiàng)正確。[答案]

D[對(duì)點(diǎn)練清]1．[多選]以下關(guān)于波的認(rèn)識(shí)，哪些是正確的

(

)A．潛艇利用聲吶探測(cè)周圍物體的分布情況，用的是波的反射原理B．隱形飛機(jī)怪異的外形及表面涂特殊隱形物質(zhì)，是為了減少波的反射，從而達(dá)到隱形的目的C．雷達(dá)的工作原理是利用波的折射D．水波從深水區(qū)傳到淺水區(qū)改變傳播方向的現(xiàn)象，是波的折射現(xiàn)象解析：A、B、C選項(xiàng)中應(yīng)用了波的反射現(xiàn)象；A、B正確，C錯(cuò)誤；D選項(xiàng)應(yīng)用了波的折射現(xiàn)象，深水區(qū)域和淺水區(qū)域視為不同介質(zhì)，故波的傳播方向發(fā)生改變，故D正確。答案：ABD

2．[多選]下列說法中正確的是

(

)A．入射波的波長和反射波的波長相等B．入射波的波長大于折射波的波長C．入射波的波長小于折射波的波長D．入射波和折射波頻率相同答案：AD3．[多選]下列說法正確的是

(

)A．波發(fā)生反射時(shí)，波的頻率不變，波速變小，波長變短B．波發(fā)生反射時(shí)，頻率、波長、波速均不變C．波發(fā)生折射時(shí)，波的頻率不變，但波長、波速發(fā)生變化D．波發(fā)生折射時(shí)，波的頻率、波長、波速均發(fā)生變化解析：波發(fā)生反射時(shí)是在同一介質(zhì)中，頻率、波長、波速均不變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；波發(fā)生折射時(shí)，介質(zhì)改變，故波速發(fā)生變化，但頻率由波源決定，波的頻率不變，由v＝λf可知波長也發(fā)生變化，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。答案：BC

[學(xué)透用活]1．關(guān)于衍射的條件應(yīng)該說衍射是沒有條件的，衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射。衍射只有“明顯”與“不明顯”之分，障礙物或小孔的尺寸跟波長差不多，或比波長小是產(chǎn)生明顯衍射的條件。2．波的衍射實(shí)質(zhì)分析波傳到小孔(障礙物)時(shí)，小孔(障礙物)仿佛是一個(gè)新波源，由它發(fā)出的與原來同頻率的波在小孔(障礙物)后傳播，就偏離了直線方向。波的直線傳播只是在衍射不明顯時(shí)的近似情況。3．衍射現(xiàn)象與觀察的矛盾當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長時(shí)盡管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射現(xiàn)象不容易觀察到。對(duì)衍射現(xiàn)象的理解[解析]

根據(jù)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：障礙物或孔的尺寸比波長小或與波長相差不多。從題圖中可看出孔AB的尺寸與波長相差不多，所以此時(shí)能明顯地觀察到波的衍射現(xiàn)象，A正確；因?yàn)榇┻^擋板間的小孔后波速不變，頻率相同，所以波長也相同，B正確；若將孔AB擴(kuò)大，將可能不滿足發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，就有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象，C正確；若將波源頻率增大，由于波速不變，所以波長變小，將可能不滿足發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，也有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象，D錯(cuò)誤。[答案]

ABC[規(guī)律方法](1)波的衍射是不需要條件的，但要發(fā)生明顯的衍射必須滿足一定的條件。(2)波長相對(duì)小孔(或障礙物)尺寸越長，衍射現(xiàn)象越明顯。[對(duì)點(diǎn)練清]1．關(guān)于波的衍射，下列說法正確的是

(

)A．衍射是機(jī)械波特有的現(xiàn)象B．對(duì)同一列波，縫、孔或障礙物越大衍射現(xiàn)象越明顯C．只有橫波才能發(fā)生衍射現(xiàn)象，縱波不能發(fā)生衍射現(xiàn)象D．聲波容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象是由于聲波的波長較長解析：衍射是一切波特有的現(xiàn)象，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤；發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象是有條件的，只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長差不多或比波長更小時(shí)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；聲波的波長在1.7cm～17m之間，一般常見的障礙物或孔的大小可與之相當(dāng)，由于聲波的波長較長，所以聲波容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)D正確。答案：D2．如圖所示，在空曠的廣場(chǎng)上有一堵較高大的墻MN，在墻的一側(cè)

有一個(gè)正在播放男女合唱歌曲的聲源O，某人從A點(diǎn)走到墻后的

B點(diǎn)，在此過程中，如從衍射的角度來考慮，則會(huì)聽到

(

)A．聲音變響，男聲比女聲更響B(tài)．聲音變響，女聲比男聲更響C．聲音變?nèi)酰新暠扰暩鮀．聲音變?nèi)?，女聲比男聲更弱解析：由題意可知，某人從圖中A點(diǎn)走到墻后的B點(diǎn)，能聽到聲音，是由于聲波的衍射現(xiàn)象，但強(qiáng)度變?nèi)?，是由于男聲的頻率低于女聲，在同一介質(zhì)中，傳播速度相同，則其波長長于女聲的波長，更容易發(fā)生衍射，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。答案：D3．[多選]在做水波通過小孔衍射的演示實(shí)驗(yàn)中，激發(fā)水波的振子振動(dòng)頻率為5Hz，水波在水槽中傳播速度為5cm/s，小孔直徑d選用下列哪些尺寸可使實(shí)驗(yàn)效果比較明顯

(

)A．1m

B．0.8mC．0.8cm D．1.2cm答案：CD

一、聲吶測(cè)距(科學(xué)思維)[選自魯科版教材

“科學(xué)書屋”]聲吶是一種聲音導(dǎo)航和測(cè)距系統(tǒng)，它利用了聲波反射的原理。聲吶裝置發(fā)出一束在水中傳播的聲波，當(dāng)聲波碰到障礙物時(shí)，就被反射回來。反射的聲波被聲吶裝置檢測(cè)到，通過測(cè)量聲波從發(fā)射到返回經(jīng)歷的時(shí)間便可計(jì)算出聲波傳播的距離，從而間接測(cè)得物體的位置。聲吶被廣泛應(yīng)用于魚群探測(cè)(如圖)、海洋石油勘探、船舶導(dǎo)航、水文測(cè)量和海底地質(zhì)地貌的勘測(cè)等方面。已知超聲波在海水中的傳播速度為1400m/s，聲吶探測(cè)系統(tǒng)從豎直向下發(fā)射超聲波到接收到反射波所用時(shí)間為7s，該處海水深度為多少米？答案：4900m答案：2.0km問題一波的反射及其應(yīng)用[情境探究]如圖所示,在水槽中,點(diǎn)波源所發(fā)出的圓形水波遇直線界面反射后的波形仍為同心圓形。請(qǐng)舉例說明生活中波的反射現(xiàn)象。要點(diǎn)提示

回聲是聲波的反射現(xiàn)象,對(duì)著山崖或高墻說話,聲波傳到山崖或高墻時(shí),會(huì)被反射回來繼續(xù)傳播。[知識(shí)歸納]1.波的反射波遇到障礙物會(huì)返回原介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。反射波的波長、頻率和波速都跟入射波相同。2.回聲測(cè)距(1)當(dāng)聲源不動(dòng)時(shí),聲波遇到了靜止障礙物會(huì)返回來繼續(xù)傳播,由于反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播速度相同,因此,入射波和反射波在傳播距離一樣的情況下,用的時(shí)間相等,設(shè)經(jīng)過時(shí)間t聽到回聲,則聲源距障礙物的距離為s=。(2)當(dāng)聲源以速度v向靜止的障礙物運(yùn)動(dòng)或障礙物以速度v向靜止的聲源運(yùn)動(dòng)時(shí),聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的距離為s=(v聲+v)。(3)當(dāng)聲源以速度v遠(yuǎn)離靜止的障礙物或障礙物以速度v遠(yuǎn)離靜止的聲源時(shí),聲源發(fā)聲時(shí)障礙物到聲源的距離s=(v聲-v)。3.超聲波定位蝙蝠、海豚能發(fā)出超聲波,超聲波遇到障礙物或捕食目標(biāo)時(shí)會(huì)被反射回來。蝙蝠、海豚就是根據(jù)接收到反射回來的超聲波來確定障礙物或食物的位置,從而確定飛行或游動(dòng)方向。要點(diǎn)筆記

波在同一種均勻介質(zhì)中傳播時(shí)波速不變。[典例剖析]例題1有一輛汽車以15m/s的速度勻速行駛,在其正前方有一陡峭山崖,汽車鳴笛2s后司機(jī)聽到回聲,此時(shí)汽車距山崖的距離有多遠(yuǎn)?(v聲=340m/s)解析

汽車勻速行駛,速度為v車=15

m/s,聲音在空氣中傳播速度不變。汽車從發(fā)出笛聲到接收到笛聲,二者運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同。如圖所示。設(shè)汽車在A點(diǎn)發(fā)出笛聲,A點(diǎn)到山崖B的距離為x1,汽車運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)接收到笛聲,設(shè)AC距離為x2,CB距離為x,因二者運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同,則有x1=x2+x①x1+x=v聲t=340

m/s·t②x2=v車t=15

m/s·t③聯(lián)立①②③得x=325

m。答案

325m規(guī)律方法

聲波反射的應(yīng)用技巧(1)利用反射定律解決實(shí)際問題,主要是利用聲波的直線傳播及其反射特點(diǎn),考查勻速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用。(2)利用聲波的反射測(cè)量距離、速度是此類問題的重

點(diǎn),應(yīng)利用聲波的直線傳播和反射定律作出聲波傳播的示意圖,再結(jié)合幾何關(guān)系求解。變式訓(xùn)練1甲、乙兩人平行站在一堵墻前面,二人相距2a,距離墻均為

a,當(dāng)甲開了一槍后,乙在時(shí)間t后聽到第一聲槍響,則乙聽到第二聲槍響的時(shí)間為(

)A.聽不到 B.甲開槍3t后C.甲開槍2t后 D.甲開槍

后解析

乙聽到第一聲槍響必然是甲放槍的聲音直接傳到乙的耳中,故t=。甲、乙二人及墻的位置如圖所示,乙聽到第二聲槍響必然是墻反射的槍聲,由反射定律可知,波線如圖中AC和CB所示,由幾何關(guān)系可得AC=CB=2a,故第二聲槍響傳到乙的耳中的時(shí)間t'==2t。答案

C問題二波的反射、折射現(xiàn)象中各量的變化[情境探究]波由介質(zhì)Ⅰ進(jìn)入介質(zhì)Ⅱ時(shí)頻率變化嗎?波長變化嗎?要點(diǎn)提示

頻率不變;波長變化。[知識(shí)歸納]比較項(xiàng)波的反射波的折射傳播方向改變,θ反=θ入改變,θ折≠θ入頻率f不變不變波速v不變改變波長λ不變改變(1)頻率f由波源決定。無論是反射波還是折射波都與入射波的頻率相等,即波源的振動(dòng)頻率相同。(2)波速v由介質(zhì)決定。反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播,波速不變,折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播,波速變化。(3)據(jù)v=λf知,波長λ與波速和頻率有關(guān)。反射波與入射波頻率相同、波速相同,故波長相同,折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播,頻率相同,波速不同,故波長不同。[典例剖析]例題2一列聲波在空氣中的波長為0.25m。當(dāng)該聲波傳入某種介質(zhì)中時(shí),波長變?yōu)?.8m,若空氣中的聲速是340m/s。求:(1)該聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)的頻率;(2)該聲波在介質(zhì)中傳播的速度大小。解析

(1)聲波在空氣中傳播時(shí),由v=λf得由于聲波在不同介質(zhì)中傳播時(shí),頻率不變,所以聲波在該介質(zhì)中傳播時(shí),頻率仍為1

360

Hz。(2)由v=λf得v2=λ2f=0.8×1

360

m/s=1

088

m/s。答案

(1)1360Hz

(2)1088m/s要點(diǎn)筆記

波在傳播過程中頻率不變,在不同介質(zhì)中傳播時(shí)速度不同。變式訓(xùn)練2下列說法正確的是(

)A.入射波的波長和反射波的波長相等B.入射波的波長大于折射波的波長C.入射波的波長小于折射波的波長D.入射角與折射角之比等于兩波速之比解析

同一波在同一介質(zhì)中波長、波速是一定的,故選項(xiàng)A正確;介質(zhì)不確定時(shí),入射波和折射波的波長大小關(guān)系無法確定,選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤;入射角的正弦與折射角的正弦之比才等于兩介質(zhì)中的波速之比,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案

A問題三對(duì)波的衍射現(xiàn)象的理解[情境探究]向平靜的水面投一塊小石子,水面會(huì)形成一圈圈美麗的波紋。這些波紋遇到露出水面的較小的石塊會(huì)產(chǎn)生怎樣的現(xiàn)象呢?要點(diǎn)提示

水波會(huì)繞過石塊繼續(xù)向前傳播。[知識(shí)歸納]1.發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件(1)水波遇到障礙物的情況當(dāng)障礙物較小時(shí)發(fā)現(xiàn)波繞過障礙物繼續(xù)前進(jìn),如同障礙物不存在一樣。如圖甲所示。(2)水波遇到小孔的情況當(dāng)孔較小時(shí)發(fā)現(xiàn)孔后的整個(gè)區(qū)域里傳播著以孔為中心的圓形波。如圖乙所示。(3)產(chǎn)生明顯衍射的條件產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象,必須具備一定的條件:障礙物或孔的尺寸比波長小,或者跟波長相差不多。要點(diǎn)筆記

障礙物或孔的尺寸大小并不是決定衍射能否發(fā)生的條件,僅是衍射現(xiàn)象是否明顯的條件,一般情況下,波長較大的波容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象。2.波的衍射現(xiàn)象分析波傳到小孔時(shí),小孔仿佛是一個(gè)新的波源,由它發(fā)出與原來同頻率的波在孔后傳播,于是就出現(xiàn)了偏離直線傳播的衍射現(xiàn)象。波的直線傳播是衍射現(xiàn)象不明顯時(shí)的近似情形。[典例剖析]例題3(多選)觀察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,AC和BD是兩塊擋板,AB是一個(gè)孔,O是波源,圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況,每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間距離表示一個(gè)波長,則波經(jīng)過孔之后