3-3波的反射、折射和衍射(人教版2019选择性必修第一册)(解析版).docx

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、法线与入射线在同一平面内，反射线与入射线分居法线两侧，反射角等于入射角.
知识点二　波的折射
1．波的折射：光从一种介质进入另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折射.
2．水波的折射：一列水波在深度不同的水域传播时，在交界面处将发生折射.
知识点三　波的衍射
1．波的衍射：波绕过障碍物继续传播的现象.
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相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象.
3．波的衍射的普遍性：一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象.
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
【答案】D
【解析】
波线1、2都在介质a中，故1、2的频率、波速、波长均相等，A、B错；波线1、3是在两种不同介质中，波速不同，但波源没变，因而频率相等，波速改变，由λ＝得波长改变，故C错，D对．
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？
【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.
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
【答案】ABC
【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对；因波的传播速度不变，频率不变，故波长不变，即挡板前后波纹间距离相等，故B对；若将孔AB扩大，且孔的尺寸大于波长，则可能观察不到明显的衍射现象，故C对；若f增大，由λ＝，知λ变小，衍射现象变得不明显了，故D错．
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
【答案】B
【解析】A．波通过孔后，波速、频率、波长不变，则挡板前后波纹间的距离相等。故A错误；
B．因为波长与孔的尺寸差不多，所以能够观察到明显的衍射现象。故B正确；
C．如果将孔AB增大，孔的尺寸会大于波的波长，不能观察到明显的衍射现象。故C错误；
D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，因为波速不变，根据

可知波长减小，可能观察不到明显的衍射现象。故D错误。
故选B。
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
【答案】C
【解析】波在传播过程中偏离直线传播绕过障碍物的现象称为波的衍射。故C与衍射现象相符，而看到水中月亮的倒影是光的反射现象，故C正确，ABD错误。
故选C。
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
【答案】B
【解析】根据衍射定义，水波进入阴影以外两侧的区域叫做波的衍射，不一定非得绕到障碍物后面的每一点。
故选B。

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
【答案】B
【解析】该题考查了波面，根据球面波的定义可知：若波面是球面则为球面波，与横波、纵波无关，由此可知B正确．由于水波不能在空间中传播，所以它不是球面波，A不正确。
故选B。
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
【答案】D
【解析】波由深水区进入浅水区，频率不变，而波与界面的夹角由45°变为60°如图所示。当波线a到达界面A点，设b波线刚好到达B点，此时AB与波线垂直，刚好在同一波面上，设经Δt，b光线也刚到达界面上B′点，此时a波已在浅水区传到A′处，B′A′刚好也是波面，且与波线垂直，由波线与界面的夹角知BB′>AA′，设该波在深水区的波速为v1，在浅水区波速为v2，则
BB′=v1·Δt， AA′=v2·Δt
所以有
v1>v2
由v=λf知
λ1>λ2
故选D。

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
【答案】A
【解析】A.因为波长与孔的尺寸差不多，所以能够观察到明显的衍射现象．故A正确；
B. 如果将孔AB缩小，经过孔以后的波纹间的距离不变，距离与小孔大小无关．故B错误；
C.如果将孔AB缩小，孔的尺寸小于波的波长，能观察到明显的衍射现象．故C错误；;
D.如果孔的大小不变，使波源频率增大，因为波速不变，根据知，波长减小，可能观察不到明显的衍射现象．故D错误；
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
【答案】D
【解析】AB．波穿过AB缝之后发生衍射；但是波的周期不变，因波速不变，可知波长不变，即波纹间距不变，波的振幅不变，选项AB错误；
C．因波长不变，则波能绕过缝之后仍能观察到衍射现象，选项C错误；
D．波发生衍射后将偏离直线传播路径，选项    D正确；
故选D.
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
【答案】C
【解析】A．该波的传播速率为

选项A错误；
B．在t=0时刻质点P向下振动，结合波形图可知，该波的传播方向沿x轴负方向，选项B错误；
C．因该波的波长为4m，则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，选项C正确；
D．机械波传播的过程中，质点只在自己平衡位置附近振动，而不随波迁移选项D错误。
故选C。
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
【答案】BD
【解析】A．由图乙可知t＋0.3s时刻，质点A位于y轴正方向最高点，质点振动周期为0.4s，可知A处于平衡位置且速度沿y轴负方向，根据同侧法可知，波沿x轴负方向传播，故A错误；
B．由图可知波长为4m，故

故B正确；
C．根据衍射条件可知，当障碍物或孔的尺寸根波长差不多时，或者比波长更小时才能看到明显衍射现象，故C错误；
D．从t到t＋0.5s时刻，经历时间

在t＋0.5s时刻，质点A到达波谷，质点B到达平衡位置，可知质点A的位移较大，加速度较大，故D正确。
故选BD。
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
【答案】CD
【解析】入射波线与法线的夹角为入射角，而反射光线与法线的夹角为反射角，在波的反射中，入射角和反射夹相等，故CD正确，AB错误；故选CD．
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
【答案】ABD
【解析】A．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，声呐采用的是超声波，超声波的方向性好，遇到障碍物容易反射。故A正确；
B．隐形飞机的原理是：通过降低飞机的声、光、电等可探测特征量，使雷达等防空探测器无法早期发现，所以隐形飞机可能在机身表面涂有高效吸收电磁波的物质，使用吸收雷达电磁波材料，在雷达屏幕上显示的反射信息很小、很弱，很难被发现。故B正确；
C．雷达的工作原理是利用波的反射。故C不正确；
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。故D正确。
故选ABD。