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3.波的反射、折射和衍射课标·定向 素养·导引1.知道波的反射和折射现象。
2.通过实验,了解波的衍射现象 物理观念通过对波的反射、折射和衍射现象的了解和掌握,知道产生这些现象的原因及其规律 科学思维 1.通过实验观察波的各种现象的产生过程,从而分析现象产生的条件。
2.能够根据波的反射、折射和衍射的特点,分析波在传播过程中遇到障碍物时所发生的现象【情境引入】蝙蝠在飞行的时候,喉内能够产生超声波,超声波通过口腔发射出来。
当超声波遇到昆虫或障碍物而反射回来时,蝙蝠能够用耳朵接收,并能判断探测目标是昆虫还是障碍物,以及距离它有多远。
人们通常把蝙蝠的这种探测目标的方式,叫作“回声定位”。
生活中,你是否注意过水波的反射?波的反射应该遵从什么规律?一、波的反射1.反射现象波遇到介质界面会返回来继续传播的现象。
2.反射角与入射角(1)入射角:入射波的波线与法线的夹角,如图中的α。
(2)反射角:反射波的波线与法线的夹角,如图中的β。
3.反射定律反射波线、法线、入射波线在同一平面内,且反射角等于入射角。
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,一切波都会发生折射现象。
2.水波的折射:水波在深度不同的水域传播时,在交界处将发生折射。
三、波的衍射1.波绕过障碍物继续传播的现象。
2.发生明显衍射的条件:障碍物或狭缝的尺寸跟波长相差不多,或者比波长更小。
3.一切波都能发生衍射,衍射是波特有的现象。
思考室内的人隔着墙能听到室外的谈话声,而看不见谈话的人,这是为什么?提示:室内的人隔着墙能听到室外的谈话声,而看不见谈话的人,是由于声波波长较长,能够绕过障碍物发生衍射,而光波的波长短,不容易发生衍射,所以有“闻其声不见其人”的现象,与波的种类等无关。
【质疑辨析】(1)水波的反射与初中学过的光的反射遵循同样的规律。
(√)(2)一切波都会发生折射现象。
(√)(3)波在发生折射后,其频率和波速都不发生变化。
高中物理人教版 ()选择性必修第一册3 波的反射、折射和衍射
精品教案
这是高中物理教育版(2019)选修必修课第一册《3波的反射、折射和衍射》优秀教案，共6页。
教学计划主要包括教学目标、教学重点、教学难点、教学过程、培训等内容。
欢迎下载使用。
【教学目标】
1．知道什么是波的反射现象，什么是波的折射现象，什么是波的衍射现象。
2．掌握波的反射规律和折射规律。
3．掌握波发生明显衍射的条件。
4．知道衍射现象是波特有的现象。
【教学重点】
1．波的反射规律和折射规律。
2．波发生明显衍射的条件。
【教学难点】
波发生明显衍射的条件。
【教学过程】
一、复习提问、新课导入
老师:前几节课，我们学习了机械波的形成过程和描述方法。
在接下来的几节课中，我们将学习一些波的独特现象:波的反射和折射，波的衍射和波的干涉。
这些现象是波动形态的共同特征，也是以后学好知识的基础。
教师出示幻灯片展示蝙蝠的“眼睛”和雷达的相关资料，引出波的反射。
二、新课教学
（一）波的反射
1．波的反射：波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫做波的反射。
2023-2024（上）全品学练考高中物理选择性必修第一册第3章机械波3波的反射、折射和衍射学习任务一对波的反射和折射的理解[教材链接] 阅读教材,填写波的反射和折射的相关知识.(1)波的反射①反射现象:波遇到障碍物时会继续传播的现象.②反射定律:反射线、和入射线在同一平面内,反射线和入射线分居两侧,反射角入射角.(2)波的折射:波在传播过程中,由一种介质进入另一种介质时,发生偏折的现象.例1有一辆汽车以15 m/s的速度匀速行驶,在其正前方有一陡峭山崖,汽车鸣笛2 s后司机听到回声,此时汽车与山崖的距离是多少?(v声=340 m/s)变式1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0.5 s听到右边山坡反射回来的声音,又经过1.5 s后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.170 mB.340 mC.425 mD.680 m例2一列声波在空气中的波长为0.25 m.当该声波传入某种介质中时,波长变为0.8 m,若空气中的声速是340 m/s.求:(1)该声波在介质中传播时的频率.(2)该声波在介质中传播的速度大小.变式2 (多选)下列说法正确的是()A.波发生反射时,波的频率不变,但波长、波速发生变化B.波发生反射时,波的频率、波长、波速均不变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【要点总结】波的反射现象的应用(1)回声测距①当声源不动时,声波遇到了障碍物会返回来继续传播,反射波与入射波在同一介质中传播速度相同,因此在传播距离一样的情况下,入射波和反射波用的时间相等,设经时间t 听到回声,则声源与障碍物的距离为s=v 声t 2.②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 )·t 2.③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s=(v 声-v )·t 2.(2)超声波定位蝙蝠能发出超声波,超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来,蝙蝠就根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物位置,从而确定飞行方向.另外海豚、雷达也是利用波的反射来定位或测速的. 学习任务二 对波的衍射的理解[教材链接] 阅读教材,填写波的衍射的相关知识.(1)定义:波可以 障碍物继续传播,这种现象叫作波的衍射.(2)影响衍射明显程度的因素①波长:在缝、孔的宽度或障碍物的尺寸保持不变的条件下,波长越长,衍射 . ②缝、孔的宽度或障碍物的尺寸:在波长保持不变的条件下,缝、孔的宽度或障碍物的尺寸越小,衍射 .(3)发生明显衍射的条件:只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长 ,或者比波长 时,才能发生明显的衍射现象.例3 (多选)如图所示是观察水面波衍射的实验装置,AC 和BD 是两块挡板,AB 是一个小孔,O 是波源.图中已画出波源所在区域的传播情况,每两条相邻的波纹(图中曲线)之间的距离表示一个波长.对于波经过孔之后的传播情况,下列描述正确的是 ( )A .此时能观察到明显的衍射现象B .若将孔AB 扩大,则有可能观察不到明显的衍射现象C .挡板前、后波纹之间距离相等D .若孔的大小不变,使波源频率增大,则一定能观察到明显的衍射现象变式3 [2022·成都七中月考] 如图所示,S为水面上一波源,M、N是两块挡板,两板中间有一狭缝,此时观察不到A点振动,为了能观察到A点的振动,可采用的方法是()A.增大波源的振幅B.减小波源的频率C.将波源S向左移D.将N板向右移[反思感悟]变式4如图所示,O是水面上一波源,实、虚线分别表示该时刻相邻的波峰、波谷,A是挡板,B是小孔.经过一段时间,水面上的波形将分布于()A.整个区域B.阴影Ⅰ以外区域C.阴影Ⅱ以外区域D.阴影Ⅲ以外区域【要点总结】1.衍射是波特有的现象,一切波都能发生衍射现象.2.缝、孔的宽度或障碍物的尺寸大小并不是决定衍射能否发生的条件,仅是衍射现象是否明显的条件.3.当波长与障碍物的尺寸相比非常小时,波将沿直线传播,观察不到衍射现象.1.(波的反射和折射)(多选)下列叙述属于波的反射现象的是()A.夏日的雷声有时会轰鸣不绝B.在空房间里讲话,会感到声音比在野外响C.水波从深水区入射到浅水区时方向变化D.讲话者又听到自己的回声2.(波的反射与折射)对于波长为100 m的声波,下列说法正确的是 ()A.在同一介质中,比波长为20 m的声波传播快B.在空气中的频率比在水中的大C.声波能发生折射,且折射后频率发生变化D.声波能发生反射,且反射后波速不变3.(波的衍射)(多选)利用发波水槽观察波的衍射现象时,看到如图所示的图样.为使衍射现象更明显,下列方法可采用的是()A .缩小挡板间距B .增大挡板间距C .减小波源频率D .减小水波的振幅4.(波的衍射)[2022·江苏苏州中学月考] 如图所示,有一人在河边钓鱼,浮标位于A 点,S 为在水面上沿竖直方向振动的波源,M 、N 是水面上的两块固定挡板,两板中间有一狭缝.波源S 的振动引起浮标上下振动,下列说法正确的是 ( )A .减小波源的振幅,可以减小波源S 的振动对浮标的影响B .增大波源的振幅,可以减小波源S 的振动对浮标的影响C .减小波源的波长,衍射现象更明显D .增大波源的振动频率,衍射现象更明显[反思感悟]3 波的反射、折射和衍射[教材链接] (1)①返回来 ②法线 法线 等于 (2)传播方向例1 325 m[解析] 画出汽车与声音运动过程示意图如图所示设汽车由A 到C 的距离为s 1,C 到山崖B 的距离为s 2,汽车鸣笛至司机听到回声所用时间为t=2 s,则s 1v 车=s 1+2s 2v 声=t 解得s 2=325 m .变式1 C [解析] 右边的声波从发出到反射回来所用时间为t 1=0.5 s,左边的声波从发出到反射回来所用的时间为t 2=2 s,则山谷的宽度s=12v (t 1+t 2)=12×340×2.5 m =425 m,故C 正确.例2 (1)1360 Hz (2)1088 m/s[解析] (1)声波在空气中传播时,由v=λf 得f=v 1λ1=3400.25 Hz =1360 Hz由于声波在不同介质中传播时,频率不变,所以声波在该介质中传播时,频率仍为1360 Hz .(2)由v=λf 得v 2=λ2f=0.8×1360 m/s =1088 m/s .变式2BC[解析] 波发生反射时,波是在同一种介质中传播,频率、波长和波速均不变,选项A错误,选项B正确;波发生折射时,波是从一种介质传入另一种介质,波速发生变化,而波的频率由波源决定,所以波的频率不变,由公式v=λf可知,波长发生变化,选项D错误,选项C正确.[教材链接] (1)绕过(2)①越明显②越明显(3)相差不多更小例3ABC[解析] 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;若将孔AB扩大,则孔的尺寸大于波的波长,可能观察不到明显的衍射现象,故B正确;波通过孔后,波速、频率、波长不变,知,波则挡板前、后波纹间的距离相等,故C正确;若孔的大小不变,使波源频率增大,因为波速不变,根据λ=vf长减小,则可能观察不到明显的衍射现象,故D错误.变式3B[解析] 观察不到A点振动,说明衍射现象不明显,要使衍射现象变得明显,可以减小波源的频率以增大波长,或将N板向左移减小狭缝的尺寸,故B正确.变式4B[解析] 由图可直观看出,半波长为实、虚两圆半径之差,且挡板A的尺寸比波长大得多,而小孔B的宽度与波长差不多,根据波发生明显衍射的条件知,该波在挡板A处的衍射现象很不明显,故Ⅰ区内水面无波形,故选项A、C、D错误;该波的波长与小孔B的宽度差不多,能够发生明显的衍射,故在阴影区Ⅱ、Ⅲ之内存在明显的衍射波的波形,故选项B正确.随堂巩固1.ABD[解析] 选项A、B、D都属于波的反射现象,选项C属于波的折射现象.2.D[解析] 机械波的传播速度由介质决定,选项A错误;波的频率由波源决定,与介质无关,选项B错误;折射后,波进入另一种介质,传播速度发生变化,频率不变,而反射后回到原来的介质,传播速度不变,选项C错误,D正确.3.AC[解析] 在相同条件下,波长越长的波越容易发生明显衍射现象,本题中水波波长不变,适当缩小挡板间距,衍射现象更明显,故A正确,B错误;在同一介质中,v一定,适当减小波源的频率,能增大波长,使衍射现象更明显,故C正确;衍射现象是否明显与振幅无关,故D错误.4.A[解析] 减小波源的振幅, 位于A点的浮标做受迫振动的振幅相应减小,所以可以减小波源S的振动对可知,波长变大,则衍射现象更明显,故C、D错误.浮标的影响,故A正确,B错误;减小波源的振动频率,由λ=vf3波的反射、折射和衍射建议用时:40分钟◆知识点一波的反射与折射1.人在室内讲话的声音比在室外空旷处讲话的声音要洪亮,下列说法正确的是()A.室内空气不流动B.室内声源多次反射C.室内声音发生折射D.室内物体会吸收声音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,波长变小3.关于回声,下列说法中正确的是()A.在空旷的山谷里叫喊,可以听到回音,回声的频率发生了变化B.在空旷的山谷里叫喊,可以听到回音,回声的波速发生了变化C.在空旷的山谷里叫喊,可以听到回音,这是声音的折射现象D.在空旷的山谷里叫喊,可以听到回音,这是声音的反射现象4.下列关于波的认识,错误的是 ()A.潜水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.雷达的工作原理是利用波的折射进行定位D.水波从深水区传到浅水区传播方向改变是波的折射现象◆知识点二波的衍射5.(多选)波长为60 m和17 m的两列声波在空气中传播时,下列叙述正确的是()A.波长为60 m的声波比17 m的声波传播速度慢B.波长为60 m的声波比17 m的声波频率小C.波长为60 m的声波比17 m的声波易发生明显衍射D.波长为17 m的声波不能发生衍射6.[2022·唐山一中月考] 一列水波穿过小孔发生了明显衍射现象,衍射后水波与衍射前水波相比()A.波长变短B.频率变高C.波速不变D.振幅不变7.在空旷的广场上有一堵较高大的墙,墙的一侧有一个正在播放男女声合唱歌曲的声源.某人从墙的另一侧远离墙的A点走到靠近墙的B点,在此过程中,如果从声波的衍射来考虑,则会听到()A.声音变响,男声比女声更响B.声音变响,女声比男声更响C.声音变弱,男声比女声更弱D.声音变弱,女声比男声更弱8.(多选)如图所示为水波的衍射现象,S为波源,d为挡板上的小孔宽度,相邻弧线间距为一个波长,其中符合事实的是 ()A BC D9.如图所示,P为桥墩,A为靠近桥墩浮在水面上的一片树叶,波源S连续振动,形成水波,此时树叶A静止不动.为使水波能带动树叶A振动,可采用的方法是()A.增大波源的频率B.减小波源的频率C.增大波源与桥墩的距离D.增大波源的振幅10.(多选)[2022·重庆八中月考] 蟾蜍在水塘边平静的水面上鸣叫,形成如图所示的水波.已知水波的传播速度与水的深度正相关,蟾蜍的鸣叫频率为1451 Hz.下列说法正确的是()A.水波从浅水区传入深水区,频率变大B.在深水区,水波更容易发生衍射现象C.水面上飘落的树叶会被水波推向岸边D.测得图中蟾蜍左上位置水波两个相邻波峰间距离为0.5 cm,则此处水波的波速约为7.3 m/s11.(多选)[2022·福建福州一中月考] 如图所示,一小型渔港的防波堤两端M、N相距约60 m,在防波堤后A、B两处有两个小船进港躲避风浪.某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播,下列说法正确的有()A.假设波浪的波长约为10 m,则A、B两处小船基本上不受波浪影响B.假设波浪的波长约为10 m,则A、B两处小船明显受到波浪影响C.假设波浪的波长约为50 m,则A、B两处小船基本上不受波浪影响D.假设波浪的波长约为50 m,则A、B两处小船明显受到波浪影响12.(多选)[2022·北师大附中月考] 青岛濒临黄海,是国内著名的滨海旅游城市,长达800多公里的海岸线,拥有众多优良海水浴场.在石老人海水浴场,某同学漂浮在海面上,水波以3 m/s的速率向着海滩传播,该同学记录了第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间为18 s.下列说法正确的是 ()A.该同学很快就会漂流到沙滩上B.该水波的周期为1.8 sC.该水波的波长为6 mD.该水波可以绕过石老人继续传播属于波的衍射现象13.如图所示,相邻实线间的距离等于一个波长,试大致画出波通过孔A和B以及遇到障碍物C和D之后的传播情况.14.在水波槽的衍射实验中,若打击水面的物体振动频率是5 Hz,水波在水槽中的传播速度为0.05 m/s,为观察到明显的衍射现象,小孔直径d应为多少?3波的反射、折射和衍射1.B[解析] 波遇到普通房间的墙壁、地面、天花板会反射,当声源停止发声时,声音要经过一段时间才会消失,而且原声与回声相隔时间很短,人耳分辨不开,所以感觉声音洪亮,故选项B正确.2.B[解析] 由于波的频率由波源决定,故声波从空气传入水中后频率不变,选项C、D 错误;声波在水中的传播速度较大,由波速公式v=λf可得,声波在水中的波长较大,选项A 错误,选项B正确.3.D[解析] 在空旷的山谷里叫喊,可以听到回音,这是声波的反射现象,频率由波源决定,波速由介质决定,所以频率和波速均保持不变,选项A、B、C错误, D正确.4.C[解析] 声呐利用了超声波反射原理,A正确;隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质都是为了减少其对电磁波的反射,B正确;雷达的工作原理是利用电磁波的反射进行定位,C错误;水波从深水区传到浅水区时,可把深水区域和浅水区域视为不同介质,故发生的是折射现象,D正确.5.BC[解析] 不管波长为多少,常温常压下,声波在空气中传播速度都约为340 m/s,由波长、波速、频率关系v=λf可知,波长越长,则频率越小,A错误,B正确;由发生明显衍射的条件可知,波长越长,则越容易发生明显衍射,C正确;任何波都可以发生衍射,D错误.6.C[解析] 发生衍射现象时波的波长和频率都不变,都等于波源的波长和频率,由于波速是由介质的性质决定,所以波速不变,选项A、B错误,选项C正确;由于衍射使波的能量分布范围变大,从而导致单位面积上的能量变小,振幅变小,选项D错误.7.A[解析] 因为从墙的另一侧远离墙的A点走到靠近墙的B点的过程中,离声源越来越近,则声音变响.而女声频率更高,波长更小,所以衍射现象更不明显,所以男声比女声更响.8.BC[解析] 波发生明显的衍射现象的条件是:孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相比差不多或比波长更小,由图可知,小孔宽度较大时,不能发生明显的衍射现象,故A错误,B正确;由图可知,小孔宽度较小时,能发生明显的衍射现象,因频率不变,而波速也不变,则波长也会不变,故C正确,D错误.9.B[解析] 树叶A之所以不振动,是因为水波不能绕过桥墩传过来,也就是说波的衍射不太明显,而发生明显衍射的条件是障碍物的尺寸比波长小或与波长差不多,所以让树叶A振动起来的方法可以是减小桥墩的尺寸或增大波长,波速一定,减小频率会增大波长,增大频率会减小波长,故A错误,B正确;改变波源与桥墩的距离和改变波源的振幅都不会让衍射更明显,故C、D错误.10.BD[解析] 蟾蜍声带的振动产生了在空气中传播的声波和池塘中传播的水波,无论是声波还是水波,它们都是由声带振动产生,所以其频率都应该等于声带的振动频率,故A 错误;由已知水波的传播速度与水的深度正相关,可知水波的波长与水深有关,深水区的波长大,所以更容易发生明显衍射现象,故B正确;水面上飘落的树叶只会上下振动,不会随波向前运动,故C错误;蟾蜍的鸣叫频率f=1451 Hz,且水波波长λ=0.5 cm=0.005 m,则波速v=λf=0.005×1451 m/s≈7.3 m/s,故D正确.11.AD[解析] A、B处小船受到波浪影响是水波发生明显的衍射,波浪能传播到A、B 处的结果,当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长差不多的时候,会发生明显的衍射现象.假设波浪的波长约为10 m,则不能发生明显衍射,而若波浪的波长约为50 m,则能发生明显衍射.12.CD[解析] 该同学只会在平衡位置附近振动,不会随波迁移,A错误;该水波的周期为=2 s,B错误;根据波长公式得λ=vT=6 m,C正确;该水波可以绕过石老人继续传播属T=tn-1于波的衍射现象,D正确.13.如图所示[解析] 由题图可知,孔A和障碍物D的尺寸跟波长相差不多,因此,从孔A传出的波和遇到障碍物D之后的波均有明显的衍射现象;孔B和障碍物C的尺寸跟波长相比相差较大,因此,从孔B传出的波和遇到障碍物C之后的波无明显的衍射现象.在画通过孔A的衍射波时要强调画出的同心半圆都是以孔A为圆心的;遇到障碍物D之后波的传播并没有受影响;而从孔B传出的波和遇到障碍物C之后的波只沿直线传播.所以从孔A、B传出的波和遇到障碍物C、D之后的波如图所示.14.约为1 cm或小于1 cm[解析] 在水槽中激发的水波波长为λ=vf =0.055m=0.01 m=1 cm.要使在小孔后产生明显的衍射现象,应使小孔的直径跟波长相差不多或小于波长.。
第三章机械波5波的干涉与衍射基础过关练题组一波的叠加1.(多选题)(2022四川成都外国语学校期中)下列关于两列波相遇时叠加的说法正确的是()A.相遇之后,振幅小的一列波将减弱,振幅大的一列波将加强B.相遇之后,两列波的振动情况与相遇前完全相同C.在相遇区域,任一点的总位移等于两列波分别在该点引起的位移的矢量和D.相遇之后,振动加强区域内质点的位移始终最大2.(2024江苏南通期中)两列在同一介质中沿同一直线传播的简谐横波相遇,如图所示为某一时刻的情况,其中实线表示向右传播的波,虚线表示向左传播的波。
下列说法正确的是()A.两列波不可能发生干涉B.图中a、c、e、g点为振动加强点C.再过半个周期,b、d、f点变为振动加强点D.再过一个周期,a质点将移到e质点所在位置3.(多选题)(2023江苏苏州实验学校月考)一条弹性绳子呈水平状态,M 为绳子中点,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,对于其后绳上各点的振动情况,以下判断正确的是()A.两列波将同时到达中点MB.绳的两端点P、Q开始振动的方向相同C.中点M的振动始终是加强的D.M点的位移大小在某时刻可能为零题组二波的干涉现象4.(2024四川资阳乐至中学月考)关于波的干涉,下列说法正确的是()A.只有横波才能发生干涉,纵波不能发生干涉B.只要是两列以上的波,在相遇的区域都能产生干涉C.在两列频率相同的波的叠加区域里,只要是满足到两个波源距离之差等于波长整数倍的质点,振动一定加强D.干涉是波特有的现象5.(多选题)(2023广东深圳高级中学月考)如图甲所示,S1、S2、Q三点位于某一均匀介质的同一平面内,S1、S2为振动情况完全相同的两个波源,其振动图像如图乙所示,波源产生的简谐波在该介质中的传播速度为20 m/s。
下列说法正确的有()A.两机械波的波长为4 mB.Q点为振动减弱点C.质点Q的位移不可能为0D.质点Q的振幅为20 cm6.(经典题)(多选题)(2023浙江杭州二中期中)如图所示为两列沿同一绳传播的简谐横波在某时刻的波形图,虚线表示甲波,实线表示乙波,M为绳上x=0.2 m处的质点,则可判断()A.图示时刻质点M的速度为零B.M点是振动加强点C.甲波的传播速度比乙波的传播速度大个周期,质点M将位于波峰D.由图示时刻开始再经34题组三波的干涉现象在生活中的应用7.(2023四川绵阳南山中学期中)某同学注意到手机摄像头附近有一个小孔,查阅手机说明书后知道手机内部小孔位置处安装了降噪麦克风。
反射、折射、衍射、干涉一、波的衍射[导学探究]如图2所示是一个可观察水波衍射的水波发生槽，振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移动的挡板形成宽度可调节的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，观察水波的传播．思考下列问题：(1)水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？(2)当水波遇到较大的障碍物时，会观察到什么现象？当障碍物较小时，会观察到什么现象？[知识深化]1．关于衍射的条件：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，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．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．波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况．一、波的衍射1．定义：波可以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．二、波的叠加原理几列波相遇时能够保持各自的运动特征，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和．三、波的干涉1．定义频率相同的两列波叠加时，某些区域的振幅加大、某些区域的振幅减小的现象．2．稳定干涉条件(1)两列波的频率必须相同．(2)两个波源的相位差必须保持不变．3．干涉的普遍性一切波都能够发生干涉，干涉是波所特有的现象．[即学即用]1．判断下列说法的正误．(1)只有当障碍物的尺寸与波长差不多或比波长小时，才会发生衍射现象．()(2)敲击音叉使其发声，然后转动音叉，听到声音忽强忽弱是声波的干涉现象．()(3)只有频率相同的两列波才可以叠加．()(4)在振动减弱的区域，各质点都处于波谷．()2．两个频率、振动方向、初始相位均相同的波源S1、S2，产生的波在同一介质中传播时，某时刻t形成如图1所示的干涉图样，图样中两波源S1、S2同时为波谷(实线表示波峰，虚线表示波谷)，在图中标有A、B、C三个点，则振动加强的点是________，振动减弱的点是________．例1(多选)如图3所示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)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，下列描述中正确的是()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二、波的叠加[导学探究](1)两个同学分别抓住绳子的两端，各自抖动一下，绳上产生两列凸起且相向传播的波，两列波相遇后是否还保持原来的运动状态继续传播？(2)当教室内乐队合奏时，我们听到的某种乐器的声音与这种乐器独奏时发出的声音是否相同？这种声音是否受到了其他乐器的影响？[知识深化]对波的叠加的理解1．波的独立传播特性：几列波相遇时各自的波长、频率等运动特征，不受其他波的影响．2．波的叠加原理：在几列波重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和．例2(多选)如图4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．两列波在P点叠加时，P点的位移最大可达A1＋A2C．b的波峰到达P点时，a的波峰还没有到达P点D．两列波相遇时，绳上位移可达A1＋A2的点只有一个，此点在P点的左侧三、波的干涉[导学探究]如图5所示，与振动发生器相连的两个小球，在振动发生器的带动下上下振动，形成两个振动频率和振动步调相同的波源，在水面上形成两列步调、频率相同的波，两列波在水面上相遇时，能观察到什么现象？如果改变其中一个小球振动的快慢，还会形成这种现象吗？[知识深化]对波的干涉的理解1．发生干涉的条件：(1)两列波的频率相同；(2)相位差恒定．2．产生稳定干涉图样的两列波的振幅越接近，干涉图样越明显．3．干涉图样及其特点(1)干涉图样：如图6所示．(2)特点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．4．振动加强点和振动减弱点(1)振动加强点：振动的振幅等于两列波振幅之和，A＝A1＋A2.(2)振动减弱点：振动的振幅等于两列波振幅之差，A＝|A1－A2|.(3)振动加强点和振动减弱点的判断①条件判断法：振动频率相同、振动情况完全相同的两波叠加时，设点到两波源的路程差为Δx，当Δx＝|x2－x1|＝kλ(k＝0,1,2，…)时为振动加强点；当Δx＝|x2－x1|＝(2k＋1)λ2(k＝0,1,2，…)时为振动减弱点．若两波源振动步调相反，则上述结论相反．②现象判断法：若某点总是波峰与波峰或波谷与波谷相遇，该点为振动加强点，若总是波峰与波谷相遇，则为振动减弱点．例3如图7所示，S1、S2是两个步调完全相同的相干波源，其中实线表示波峰，虚线表示波谷．若两列波的振幅均保持5 cm不变，关于图中所标的a、b、c、d四点，下列说法中正确的是()A．d点始终保持静止不动B．图示时刻质点c的位移为零C．b点振动始终加强，c点振动始终减弱D．图示时刻，b、c两点的竖直高度差为10 cmE．a点振动介于加强点和减弱点之间振动加强点和振动减弱点的理解：不能认为振动加强点的位移始终最大，振动减弱点的位移始终最小，而应该是振幅增大的点为振动加强点，其实这些点也在振动，位移可以为零；振幅减小的点为振动减弱点.例4如图8(a)，在xOy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0,4)和S2(0，－2)．两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示．两列波的波速均为1.00 m/s.两列波从波源传播到点A(8，－2)的路程差为________m，两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互__________(填“加强”或“减弱”)，点C(0,0.5)处质点的振动相互________(填“加强”或“减弱”)．图8根据条件判断法来确定振动加强点和振动减弱点时，一定要注意两波源的振动情况是相同还是相反.课堂检测1．(波的衍射)一列波在传播过程中通过一个障碍物，发生了一定程度的衍射，一定能使衍射现象更明显的措施是()A．增大障碍物尺寸，同时增大波的频率B．增大障碍物尺寸，同时减小波的频率C．缩小障碍物尺寸，同时增大波的频率D．缩小障碍物尺寸，同时减小波的频率2．(波的叠加)(多选)两个不等幅的脉冲波在均匀介质中均以1.0 m/s的速率沿同一直线相向传播，t＝0时刻的波形如图9所示，图中小方格的边长为0.1 m．则不同时刻的波形正确的是()图93．(波的干涉)(多选)图10表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇．图中实线表示波峰，虚线表示波谷，b、d、f共线，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4．(波的干涉)在图11中，A、B是同一介质中两相干波源，其振幅均为A＝5 cm，频率均为f＝100 Hz，当A点为波峰时，B点恰好为波谷，波速v＝10 m/s，P A⊥AB，判断P点为振动加强点还是振动减弱点？图11变式训练考点一波的衍射1．(多选)以下说法中正确的是()A．波的衍射现象必须具备一定的条件，否则不可能发生衍射现象B．要观察到水波明显的衍射现象，必须使狭缝的宽度远大于水波波长C．波长越长的波，越容易发生明显的衍射D．只有波才有衍射现象2．(多选)如图1所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60 m，在防波堤后A、B两处有两个小船进港躲避风浪．某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播，下列说法中正确的有()A．假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响B．假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响C．假设波浪的波长约为50 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响D．假设波浪的波长约为50 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响3．如图2，P为桥墩，A为靠近桥墩浮在水面的叶片，波源S连续振动，形成水波，此时叶片A静止不动．为使水波能带动叶片振动，可用的方法是()A．提高波源频率B．降低波源频率C．增加波源距桥墩的距离D．减小波源距桥墩的距离4．如图3所示为两列不同频率的水波通过相同的小孔形成的衍射图样，由图可知，两列波的波长和频率的大小关系是()A．λA>λB，f A>f B B．λA<λB，f A<f BC ．λA>λB，f A<f B D．λA<λB，f A>f B考点二波的叠加5．关于波的叠加和干涉，下列说法中正确的是()A．两列频率不相同的波相遇时，因为没有稳定的干涉图样，所以波没有叠加B．两列频率相同的波相遇时，振动加强的点只是波峰与波峰相遇的点C．两列频率相同的波相遇时，介质中振动加强的质点在某时刻的位移可能是零D．两列频率相同的波相遇时，振动加强的质点的位移总是比振动减弱的质点的位移大6．(多选)如图4所示，沿一条直线相向传播的两列波的振幅和波长均相等，当它们相遇时可能出现的波形是下图中的()图47．(多选)如图5所示，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＝－2 cm和x＝12 cm处，两列波的波速均为v＝4 cm/s，两波源的振幅均为A＝2 cm.图示为t ＝0时刻两列波的图象，此刻平衡位置处于x＝2 cm和8 cm的P、Q两质点刚开始振动．质点M的平衡位置处于x＝5 cm处，关于各质点运动情况的判断正确的是()A．质点P、Q都首先沿y轴负向运动B．t＝0.75 s时刻，质点P、Q都运动到M点C．t＝1 s时刻，质点M的位移为＋4 cmD．t＝1 s时刻，质点M的位移为－4 cm考点三波的干涉8．(多选)两列振动方向相同、振幅分别为A1和A2的相干简谐横波相遇．下列说法正确的是()A．波峰与波谷相遇处质点的振幅为|A1－A2|B．波峰与波峰相遇处质点离开平衡位置的位移始终为A1＋A2C．波峰与波谷相遇处质点的位移总是小于波峰与波峰相遇处质点的位移D．波峰与波峰相遇处质点的振幅一定大于波峰与波谷相遇处质点的振幅9．两波源S1、S2在水槽中形成的波形如图6所示，其中实线表示波峰，虚线表示波谷，则()图6A．在两波相遇的区域中会发生干涉B．在两波相遇的区域中不会发生干涉C．P点的振动始终加强D．P点的振动始终减弱二、非选择题10．(波的干涉)在“观察水波的干涉”实验中得到如图7所示的干涉图样．S1、S2为波源，实线表示波峰，虚线为P位置与波源连线，且S1P＝S2P.图7(1)P点是振动________点(选填“加强”或“减弱”)．(2)若有一小纸片被轻放在P点浮于水面上，则此后纸片的运动情况是________．A．一定沿箭头A方向运动B．一定沿箭头B方向运动C．一定沿箭头C方向运动D．在P点处随水面上下运动11．(波的干涉)波源S1和S2振动方向相同，频率均为4 Hz，分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处，OA＝2 m，如图8所示．两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播，波速为4 m/s.已知两波源振动的初始相位相同．求：图8(1)简谐横波的波长；(2)O、A间合振动振幅最小的点的位置．12．(综合应用)如图9所示，S是水面波的波源，xy是挡板，S1、S2是两个狭缝(SS1＝SS2)，狭缝的尺寸比波长小得多，试回答以下问题：图9(1)若闭上S1，只打开S2，会看到什么现象？(2)若S 1、S 2都打开，会发生什么现象？(3)若实线和虚线分别表示波峰和波谷，那么在A 、B 、C 、D 各点中，哪些点振动最强，哪些点振动最弱？三、波的反射和折射及应用[导学探究] 如图2所示，当波从介质Ⅰ传播到两介质的交界面时，返回介质Ⅰ的波和进入介质Ⅱ的波的频率变化吗？波长变化吗？[知识深化] 对波的反射和折射的理解(1)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＝v f 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＝vf 可知波长变大；反之变小．例3图3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、波长均不等例4某测量员利用回声测距，他站在两平行墙壁间某一位置鸣枪，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？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，则声源距障碍物的距离为s ＝v 声·t 2. 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 )·t 2. 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 )·t 2. 4．(波的反射和折射)一列声波在空气中的波长为0.2 m ．当该声波从空气中以某一角度传入介质Ⅱ中时，波长变为0.6 m ，如图5所示，若空气中的声速是340 m/s.求：图5(1)该声波在介质Ⅱ中传播时的频率；(2)该声波在介质Ⅱ中传播的速度；(3)若声波垂直进入介质Ⅱ，经0.4 s返回空气，则介质Ⅱ的深度为多少？考点三波的反射与折射9．关于波的反射与折射，下列说法正确的是()A．入射波的波长一定等于反射波的波长，其频率不变B．入射波的波长一定小于反射波的波长，其频率不变C．入射波的波长一定大于折射波的波长，其频率不变D．入射波的波长一定小于折射波的波长，其频率不变10．(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．雷达的工作原理是利用波的干涉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12．(波的反射)利用超声波可以探测鱼群的位置．在一只装有超声波发射和接收装置的渔船上，向选定的方向发射出频率f＝5.8×104 Hz的超声波后，经过时间t＝0.64 s接收到从鱼群反射回来的反射波．已知该超声波在水中的波长λ＝2.5 cm，求鱼群到渔船的距离是多少．(鱼群和渔船静止不动)13．(波的折射)一声波在空气中的波长为25 cm，速度为340 m/s，当折射进入另一种介质时，波长变为80 cm，求：(1)声波在这种介质中的频率；(2)声波在这种介质中的传播速度大小．。
