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第三章 机械波
第3节 波的反射、折射和衍射
重点+难点
核心素养解读
1. 理解波的衍射现象．
2．波发生明显衍射现象的条件
3. 能够对比衍射的特点，解决有关问题．
1．知道波传播到两种介质的界面时会发生反射、折射现象．
2．知道波的衍射现象及波发生明显衍射现象的条件．
3．知道衍射是波特有的现象．
知识点一 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 内，反射线与入射线分居 两侧，反射角 入射角.
知识点二 波的折射
1．波的折射：光从一种介质 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：一列水波在 不同的水域传播时，在交界面处将发生 .
知识点三 波的衍射
1．波的衍射：波 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.
易错易混点一 波的反射和折射
易错易混点1.1对波的反射和折射认识不清。
例1．图中1、2、3分别代表入射线、反射线、折射线，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
易错易混点1.1剖析
1．波的反射遵从反射规律，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．波的反射和折射中各物理量的变化
(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，波的频率是不改变的．
(2)波速是由介质决定的，波反射时是在同一均匀介质中传播，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．
(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＝可知波长变长，反之变短．
易错易混点1.2对回声测距方法认识不清。
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(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？
易错易混点1.2剖析
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)·.
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)·.
易错易混点二 波的衍射
易错易混点2.1对发生明显衍射现象的条件认识不清
例3． (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
易错易混点2.1剖析
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，一般为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．
针对训练
1．观察水面波衍射的实验装置如图所示，O是波源，AC和BD是两块挡板，AB是两块挡板间的空隙，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，关于波经过空隙之后的传播情况，下列说法正确的是（ ）
A．挡板前相邻波纹间距大于挡板后相邻波纹间距
B．此时能观察到明显的衍射现象
C．两挡板AB间空隙增大10倍，衍射现象会更明显
D．波源振动频率增大10倍，衍射现象会更明显
2．下列现象或事实属于衍射现象的是（ ）
A．风从窗户吹进来
B．雪堆积在背风的屋后
C．水波前进方向上遇到凸出在水面上的小石块，小石块对波的传播没有影响
D．晚上看到水中月亮的倒影
3．如图所示，圆形实线是波源O在水槽里产生的水波的波峰，下列说法正确的是（ ）
A．水波只要进入∠CAE和∠DBF区域就叫波的衍射
B．水波只要进入∠CAA′和∠DBB′区域就叫波的衍射
C．水波必须充满∠CAE和∠DBF区域才叫波的衍射
D．水波必须充满∠CAA′和∠DBB′区域才叫波的衍射
4．下列说法中正确的是 ( )
A．水波是球面波
B．声波是球面波
C．只有横波才能形成球面波
D．只有纵波才能形成球面波
5．一列水波由深水区进入浅水区，入射波与界面夹角为45°，折射波与界面夹角为60°，则下列说法正确的是 （ ）
A．波在深水区与浅水区的波速相同，频率不同，波长不同
B．波在浅水区与深水区中传播时，波速、频率、波长都相同
C．深水区中的波速、波长比浅水区中小
D．深水区中的波速、波长比浅水区中大
6．如图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）间的距离表示一个波长， 则波经过孔之后的传播情况，下列说法中正确的是（ ）
A．此时能明显观察到波的衍射现象
B．如果将孔 AB 缩小，经过孔以后的波纹间的距离会变小
C．如果将孔 AB 缩小，有可能观察不到明显的衍射现象
D．如果孔的大小不变，波源的频率增大，将能更明显地观察到衍射现象
7．观察水面波衍射的实验装置如图所示，CA、BD是挡板，它们之间有一个缝，S是波源，相邻两波纹之间的距离表示一个波长。则波穿过缝之后
A．波纹间距变大 B．波的振幅变大
C．观察不到衍射现象 D．偏离直线传播路径
8．如图所示，甲为沿x轴传播的一列简谐横波在t=0时刻的波动图像，乙图为参与波动质点P的振动图像，则下列判断正确的是（ ）
A．该波的传播速率为8m/s
B．该波的传播方向沿x轴正方向
C．该波在传播过程中若遇到3m的障碍物，能发生明显衍射现象
D．经过0.5s时间，质点P沿波的传播方向向前传播2m
9．（多选）如图甲所示，一列简谐横波沿x轴传播，t时刻的波形图如图甲所示，质点A从t＋0.3s时刻开始计时，振动图像如图乙所示，若设＋y方向为振动正方向，则下列说法中正确的是（ ）
A．该简谐横波沿x轴正方向传播
B．该简谐横波波速为10m/s
C．若该波发生明显的衍射现象，则该波所遇到的障碍物或孔的尺寸定比4m大得多
D．在t＋0.5s时刻，质点A的加速度比质点B的大
10．（多选）下列说法正确的是( )
A．入射波面与法线的夹角为入射角 B．入射波面与界面的夹角为入射角
C．入射波线与法线的夹角为入射角 D．入射角跟反射角相等
11．（多选）以下关于波的认识，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
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