（2021新人教版）高中物理选修性必修第一册第3章 3 波的反射、折射和衍射讲义.doc

1、3波的反射波的反射、折射和衍射折射和衍射 学习目标：学习目标：1.物理观念物理观念知道什么是波的反射知道什么是波的反射、折射和衍射现象折射和衍射现象，知道发生明显衍知道发生明显衍 射现象的条件射现象的条件2.科学思维科学思维知道波发生反射现象时知道波发生反射现象时，反射角等于入射角反射角等于入射角掌握入射掌握入射 角与折射角关系角与折射角关系3.科学思维科学思维了解波的衍射在生活中的应用了解波的衍射在生活中的应用，感受物理与生活之间感受物理与生活之间 的联系的联系 阅读本节教材阅读本节教材，回答第回答第 66 页页“问题问题”并梳理必要知识点并梳理必要知识点教材第教材第 66 页问页问题提题提

2、 示：示：注意过注意过波的反射遵从反射定律波的反射遵从反射定律 一、波的反射一、波的反射 1反射现象反射现象 波遇到介质界面会波遇到介质界面会返回返回来继续传播的现象来继续传播的现象 2反射角与入射角反射角与入射角 (1)入射角：入射角：入射波入射波的波线与法线的夹角的波线与法线的夹角，如图中的如图中的. (2)反射角：反射角：反射波反射波的波线与法线的夹角的波线与法线的夹角，如图中的如图中的. 3反射定律反射定律 反射波线反射波线、法线法线、入射波线在入射波线在同一平面同一平面内内，且反射角且反射角等于等于入射角入射角 注意注意： 反射波与入射波的波长反射波与入射波的波长、 频率频率、 波速

3、都相等波速都相等，但由于反射面吸收一部分能量但由于反射面吸收一部分能量， 反射波传播的能量将减少反射波传播的能量将减少 二、波二、波的折射的折射 1波在传播过程中波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时从一种介质进入另一种介质时， ，波波传播的方向传播的方向发生偏折的现发生偏折的现 象叫作波的折射象叫作波的折射 2一切波都会发生一切波都会发生折射折射现象现象 三、波的三、波的衍射衍射 1定义定义 波可以波可以绕过障碍物绕过障碍物继续传播继续传播，这种现象叫作波的衍射这种现象叫作波的衍射 2发生明显衍射现象的条件：只有缝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孔的宽度或障碍

4、物的尺寸跟波长相差不多相差不多 或者比波长或者比波长更小更小时时，才能观察到明显的衍射现象才能观察到明显的衍射现象 3一切波都能发生一切波都能发生衍射衍射，衍射衍射是波特有的现象是波特有的现象 1思考判断思考判断(正确的打正确的打“”“”，错误的打错误的打“”“”) (1)入射波的波线与界面的夹角叫入射角入射波的波线与界面的夹角叫入射角() (2)入射波的波长和反射波的波长相等入射波的波长和反射波的波长相等() (3)孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象() (4)衍射是波的特有现象衍射是波的特有现象() 2(多选多选)下列说法正确的是下列说法正确的

5、是() A波发生反射时波的频率不变波发生反射时波的频率不变，波速变小波速变小，波长变短波长变短 B波发生反射时频率波发生反射时频率、波长波长、波速均不变波速均不变 C波发生折射时的频率不变波发生折射时的频率不变，但波长但波长、波速发生变化波速发生变化 D波发生折射时波的频率波发生折射时波的频率、波长波长、波速均发生变化波速均发生变化 BC波发生反射时因介质未变波发生反射时因介质未变，故频率故频率、波长波长、波速均不变波速均不变；波发生折射时因波波发生折射时因波 源不变而介质变源不变而介质变，故频率不变故频率不变，波长和波速均发生变化波长和波速均发生变化B、C 两项正确两项正确 3(多选多选)一

6、列波在传播过程中通过一个障碍物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发生了一定程度的衍射，以下哪以下哪 种情况可以使衍射现象更明显种情况可以使衍射现象更明显() A增大障碍物的尺寸增大障碍物的尺寸 B减小波的频率减小波的频率 C缩小障碍物的尺寸缩小障碍物的尺寸 D增大波的频率增大波的频率 BC波在介质中传播时波速是由介质决定的波在介质中传播时波速是由介质决定的，与波的频率无关与波的频率无关，所以改变波的频所以改变波的频 率不会改变波速率不会改变波速，但由但由 vf 可知可知，当波速一定时当波速一定时，减小频率则波长增大减小频率则波长增大而发生明显而发生明显 衍射的条件是障碍物或

7、孔衍射的条件是障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多缝的尺寸比波长小或相差不多，要使衍射现象变得明显要使衍射现象变得明显，可可 以通过缩小障碍物的尺寸以通过缩小障碍物的尺寸，同时增大波长即减小波的频率来实现同时增大波长即减小波的频率来实现，BC 选项正确选项正确 波的反射和折射波的反射和折射 (a)(b) 如图如图(a)在水槽中在水槽中，点波源所发出的圆形水波遇直线界面反射后的波形仍为同心圆点波源所发出的圆形水波遇直线界面反射后的波形仍为同心圆 形形图图(b)为圆形波反射的示意图为圆形波反射的示意图请举例说明生活中波的反射现象请举例说明生活中波的反射现象 提示提示：回声是声波的反射现象回声是声

8、波的反射现象，原因是原因是：对着山崖或高墙说话对着山崖或高墙说话，声波传到山崖或声波传到山崖或 高墙时高墙时，会被反射回来继续传播会被反射回来继续传播 夏日的雷声轰鸣不绝夏日的雷声轰鸣不绝，原因是：声波在云层界面多次反射原因是：声波在云层界面多次反射 在空房间里讲话声音更响亮在空房间里讲话声音更响亮，原因是原因是：声波在房间里遇到墙壁声波在房间里遇到墙壁、地面或天花板发地面或天花板发 生反射时生反射时，由于距离近由于距离近，原声与回声几乎同时到达人耳原声与回声几乎同时到达人耳人耳只能区分相差人耳只能区分相差 0.1 s 以上以上 的声音的声音，所以人在房间里讲话感觉声音比在空旷处大所以人在房间

9、里讲话感觉声音比在空旷处大如果房间里有幔帐如果房间里有幔帐、地毯地毯、衣物衣物 等等，它们会吸收声波它们会吸收声波，从而使声音减弱从而使声音减弱 波向前传播在两种介质的界面上可以同时发生反射和折射现象波向前传播在两种介质的界面上可以同时发生反射和折射现象， 一些物理量也会一些物理量也会 相应发生变化相应发生变化，比较如下：比较如下： 波的反射波的反射波的折射波的折射 传播方向传播方向改变改变，反 反 入 入 改变改变，折 折 入 入 频率频率 f不变不变不变不变 波速波速 v不变不变改变改变 波长波长不变不变改变改变 名师点睛：名师点睛：(1)频率频率(f)由波源决定：故无论是反射波还是折射波

10、都与入射波的频率由波源决定：故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率 相等相等，即波源的振动频率相同即波源的振动频率相同 (2)波速波速(v)由介质决定：故反射波与入射波在同一介质中传播由介质决定：故反射波与入射波在同一介质中传播，波速不变波速不变，折射波折射波 与入射波在不同介质中传播与入射波在不同介质中传播，波速变化波速变化 (3)据据 vf 知知，波长波长与波速和频率有关与波速和频率有关反射波与入射波反射波与入射波， ，频率同频率同、波速同波速同，故故 波长相同波长相同，折射波与入射波在不同介质中传播折射波与入射波在不同介质中传播，频率同频率同，波速不同波速不同，故波长不同故波长不同 【

11、例【例 1】甲甲、乙两人站在一堵墙前面乙两人站在一堵墙前面，两人相距两人相距 2a，距墙均为距墙均为3a.当甲开了一枪当甲开了一枪 后后，乙在乙在 t 时间后听到第一声枪响时间后听到第一声枪响，则乙在什么时候能听到第二声枪响则乙在什么时候能听到第二声枪响() A听不到听不到B甲开枪后甲开枪后 3t 时间时间 C甲开枪后甲开枪后 2t 时间时间D甲开枪后甲开枪后 3 7 2 t 时间时间 思路点拨：思路点拨：根据反射定律画出声波传播的示意图根据反射定律画出声波传播的示意图，再用速度公式求时间再用速度公式求时间 C乙听到的第一声枪响必然是甲开枪的声音直接传到乙听到的第一声枪响必然是甲开枪的声音直接

12、传到乙的乙的 耳中耳中，故故 t2a v .甲甲、乙二人及墙的位置如图所示乙二人及墙的位置如图所示，乙听到的乙听到的第二第二 声枪响必然是经墙反射传来的枪声声枪响必然是经墙反射传来的枪声，由反射定律可知由反射定律可知，波线波线如图如图 中中 AC 和和 CB，由几何关系可得由几何关系可得 AC CB 2a，故第二声枪故第二声枪响传响传 到乙耳中的时间为到乙耳中的时间为 t AC CB v 4a v 2t. 波的反射应用技巧波的反射应用技巧回声测距回声测距 利用回声测距是波的反射的一个重要应用利用回声测距是波的反射的一个重要应用，它的特点是声源正对障碍物它的特点是声源正对障碍物，声源发出声源发出

13、 的声波与回声在同一条直线上传播的声波与回声在同一条直线上传播 (1)若是一般情况下的反射若是一般情况下的反射，反射波和入射波是遵从反射定律的反射波和入射波是遵从反射定律的，可用反射定律作可用反射定律作 图后再求解图后再求解 (2)利用回声测距时利用回声测距时，要特别注意声源是否运动要特别注意声源是否运动，若声源运动若声源运动，声源发出的原声至声源发出的原声至 障碍物再返回至声源的这段时间与声源的运动时间相同障碍物再返回至声源的这段时间与声源的运动时间相同 (3)解决波的反射问题解决波的反射问题，关键是根据物理情景规范作出几何图形关键是根据物理情景规范作出几何图形，然后利用几何知然后利用几何知

14、 识结合物理规律进行解题识结合物理规律进行解题 跟跟进训练进训练 1某物体发出的声音在空气中的波长为某物体发出的声音在空气中的波长为 1 m，波速为波速为 340 m/s，在海水中的波长在海水中的波长为为 4.5 m. (1)该波的频率为该波的频率为_Hz，在海水中的波速为在海水中的波速为_ m/s. (2)若物体在海面上发出的声音经过若物体在海面上发出的声音经过 0.5 s 听到回声听到回声，则海水深为多少？则海水深为多少？ (3)若物体以若物体以 5 m/s 的速度由海面向海底运动的速度由海面向海底运动，则经过多长时间听到回声？则经过多长时间听到回声？ 解析解析(1)由由 fv 得 得 f

15、340 1 Hz340 Hz， 因波的频率不变因波的频率不变，则在海水中的波速为则在海水中的波速为 v海 海 f4.5340 m/s1 530 m/s. (2)入射声波和反射声波用时相同入射声波和反射声波用时相同，则海水深为则海水深为 hv海 海 t 2 1 5300.5 2 m382.5 m. (3)物体与声音运动的过程示意图如图所示物体与声音运动的过程示意图如图所示，设听到回声的时间为设听到回声的时间为 t，则则 v物 物t v海 海t 2h 代入数据解得代入数据解得 t0.498 s. 答案答案(1)3401 530(2)382.5 m(3)0.498 s 波的衍射波的衍射 声波能绕过障

16、碍物到达后面声波能绕过障碍物到达后面，衍射声波有什么特点？衍射声波有什么特点？ 水波能到达挡板的后面水波能到达挡板的后面，衍射水波有什么特点？衍射水波有什么特点？ 提示：提示：衍射波与原波具有相同的频率衍射波与原波具有相同的频率，传播过程中波形没变传播过程中波形没变 1发生明显衍射现象的条件发生明显衍射现象的条件 (1)水波遇到障碍物的情况水波遇到障碍物的情况 当障碍物较小时发现波绕过障碍物继续前进当障碍物较小时发现波绕过障碍物继续前进， 如同障碍物不存在一样如同障碍物不存在一样 如图甲所示如图甲所示， 衍射现象明显衍射现象明显 甲甲乙乙 (2)水波遇到小孔的情况水波遇到小孔的情况 当孔较小时

17、发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形波当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形波如图乙所示如图乙所示，衍射衍射 现象明显现象明显 (3)产生明显衍射的条件产生明显衍射的条件 产生明显衍射现象产生明显衍射现象，必须具备一定的条件必须具备一定的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波或者跟波 长相差不多长相差不多 名师点睛名师点睛：障碍物或孔的尺寸大小并不是决定衍射能否发生的条件障碍物或孔的尺寸大小并不是决定衍射能否发生的条件，仅是衍射现象仅是衍射现象 是否明显的条件是否明显的条件，一般情况下一般情况下，波长较大的波容易发生明显衍射现象波长较大的波容易发生

18、明显衍射现象 2波的衍射现象分析波的衍射现象分析 波传到小孔波传到小孔(或障碍物或障碍物)时时，小孔小孔(或障碍物或障碍物)仿佛是一个新的波源仿佛是一个新的波源，由它发出与原来由它发出与原来 同频率的波同频率的波(称为子波称为子波)，在孔后传播在孔后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象于是就出现了偏离直线传播的衍射现象波的直波的直 线传播是衍射不明显时的近似情形线传播是衍射不明显时的近似情形 【例【例 2】(多选多选)如图所示是观察水面波衍射的实验装置如图所示是观察水面波衍射的实验装置，AC 和和 BD 是两块挡板是两块挡板， AB 是一个孔是一个孔，O 是波源是波源，图中已画出波源所在区

19、域波的传播情况图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹每两条相邻波纹(图图 中曲线中曲线)之间距离表示一个波长之间距离表示一个波长，则对于波经过孔之后的传播情况则对于波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是下列描述正确的是 () A此时能明显观察到波的衍射现象此时能明显观察到波的衍射现象 B挡板前后波纹间距离相等挡板前后波纹间距离相等 C如果将孔如果将孔 AB 扩大扩大，有可能观察不到明显的衍射现象有可能观察不到明显的衍射现象 D如果孔的大小不变如果孔的大小不变，使波源频率增大使波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象能更明显地观察到衍射现象 ABC从题图中可以看出从题图中可以看出，孔

20、的大小与波长相差不多孔的大小与波长相差不多，故能够发生明显的衍射现故能够发生明显的衍射现 象象，选项选项 A 正确；由于在同一均匀介质中正确；由于在同一均匀介质中，波的传播速度没有变化波的传播速度没有变化，又因为波的频率又因为波的频率 是一定的是一定的，又根据又根据v f 可得波长可得波长没有变化没有变化，选项选项 B 正确；当将孔扩大后正确；当将孔扩大后，孔的宽度和孔的宽度和 波长有可能不满足发生明显衍射的条件波长有可能不满足发生明显衍射的条件，选项选项 C 正确；如果孔的大小不变正确；如果孔的大小不变，使波源频使波源频 率增大率增大，则波长减小则波长减小，孔的宽度将比波长大孔的宽度将比波长

21、大，孔的宽度和波长有可能不满足发生明显衍孔的宽度和波长有可能不满足发生明显衍 射现象的条件射现象的条件，选项选项 D 错误错误 衍射现象的两点提醒衍射现象的两点提醒 (1)障碍物的尺寸的大小不是发生衍射的条件障碍物的尺寸的大小不是发生衍射的条件，而是发生明显衍射的条件而是发生明显衍射的条件，波长越波长越 大越易发生明显衍射现象大越易发生明显衍射现象 (2)当孔的尺寸远小于波长时当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出尽管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱但衍射波的能量很弱，也很难也很难 观察到波的衍射观察到波的衍射 跟跟进训练进训练 2(多选多选)如图所示如图所示，S 为在水面上振动的波源为在水

22、面上振动的波源， ，M、N 为水面上的两块挡板为水面上的两块挡板，其其中中 N 板可以移动板可以移动，两板中间有一狭缝两板中间有一狭缝，此时测得此时测得 A 处水没有振动处水没有振动为使为使 A 处水也能发生处水也能发生 振动振动，可采用的方法是可采用的方法是() A使波源的频率增大使波源的频率增大 B使波源的频率减小使波源的频率减小 C移动移动 N 使狭缝的距离增大使狭缝的距离增大 D移动移动 N 使狭缝的距离减小使狭缝的距离减小 BD要使要使 A 处水发生振动处水发生振动，应使波的衍射现象更明显应使波的衍射现象更明显，而波能发生明显衍射的条而波能发生明显衍射的条 件是狭缝的宽度跟波长相差不

23、多或者比波长更小件是狭缝的宽度跟波长相差不多或者比波长更小因此可将狭缝变小因此可将狭缝变小，或将波长变大或将波长变大， 而减小波源的频率可以使波长变大而减小波源的频率可以使波长变大，故故 B、D 正确正确 1物理观念：物理观念：波的反射现象波的反射现象、折射现象及波的衍射折射现象及波的衍射 2科学思维：科学思维：分析波的明显衍射现象发生的条件分析波的明显衍射现象发生的条件 3科学探究：科学探究：探究水波的衍射现象探究水波的衍射现象 1下列现象或事实属于衍射现象的是下列现象或事实属于衍射现象的是( ) A风从窗户吹进来风从窗户吹进来 B雪堆积在背风的屋后雪堆积在背风的屋后 C水波前进方向上遇到凸

24、出在水面上的小石块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小石块对波的传播没有影响 D晚上看到水中月亮的倒影晚上看到水中月亮的倒影 C波可以绕过障碍物继续传播的现象称为波的衍射波可以绕过障碍物继续传播的现象称为波的衍射C 与衍射现象相符与衍射现象相符 2如图所示是利用发波水槽观察到的水波衍射图像如图所示是利用发波水槽观察到的水波衍射图像，从图像可知从图像可知() AB 侧波是衍射波侧波是衍射波 BA 侧波速与侧波速与 B 侧波速相等侧波速相等 C减小挡板间距离减小挡板间距离，衍射波的波长将减小衍射波的波长将减小 D增大挡板间距离增大挡板间距离，衍射现象将更明显衍射现象将

25、更明显 B小孔相当于衍射波的波源小孔相当于衍射波的波源，A 侧波是衍射波侧波是衍射波，A 错误错误；在同一种介质中在同一种介质中，波速波速 相等相等，故故 B 正确正确；根据波速根据波速、波长和频率的关系式波长和频率的关系式 vf，由于波速和频率不变由于波速和频率不变，故波故波 长不变长不变，故故 C 错误错误；在波长无法改变的情况下减小挡板间距会使衍射现象更明显在波长无法改变的情况下减小挡板间距会使衍射现象更明显，故故 D 错误错误 3图中图中 1、2、3 分别代表入射波分别代表入射波、反射波反射波、 、折射波的波线折射波的波线，则则() A2 与与 1 的波长的波长、频率相等频率相等，波速

26、不等波速不等 B2 与与 1 的波速的波速、频率相等频率相等，波长不等波长不等 C3 与与 1 的波速的波速、频率频率、波长均相等波长均相等 D3 与与 1 的频率相等的频率相等，波速波速、波长均不等波长均不等 D波发生反射时波发生反射时， 在同一种介质中运动在同一种介质中运动， 因此波长因此波长、 波速和频率不变波速和频率不变， 故选项故选项 A、 B 错误错误；波发生折射时波发生折射时，频率不变频率不变，波速变波速变，波长变波长变，故选项故选项 C 错误错误，选项选项 D 正确 正确 4(多选多选)关于波的反射关于波的反射，下列说法正确的是下列说法正确的是() A波在反射前后波在反射前后，

27、仍在同种介质中传播仍在同种介质中传播 B波发生反射时波发生反射时，波的频率不变波的频率不变，波速变小波速变小，波长变短波长变短 C波发生反射时波发生反射时，波的频率波的频率、波长波长、波速均不变波速均不变 D波发生反射时波发生反射时，反射角始终等于入射角反射角始终等于入射角 ACD波的反射是波在介质界面上反射回同一种介质中继续传播的现象；由于传波的反射是波在介质界面上反射回同一种介质中继续传播的现象；由于传 播介质不变播介质不变，所以波速所以波速、频率频率、波长均不变波长均不变由反射定律知由反射定律知，反射角等于入射角反射角等于入射角故故 A、 C、D 正确正确 5思维拓展思维拓展情境情境：“

28、B 超超”可用于探测人体内脏的病变状况可用于探测人体内脏的病变状况如图是超声波从肝如图是超声波从肝 脏表面入射脏表面入射，经折射与反射经折射与反射，最后从肝脏表面射出的示意图最后从肝脏表面射出的示意图超声波在进入肝脏发生折超声波在进入肝脏发生折 射时遵循的规律与光的折射规律类似射时遵循的规律与光的折射规律类似，可表述为可表述为sin 1 sin 2 v1 v2(式中 式中1是入射角是入射角，2是折射是折射 角角，v1、v2分别是超声波在肝外和肝内的传播速度分别是超声波在肝外和肝内的传播速度)，超声波在肿瘤表面发生反射时遵超声波在肿瘤表面发生反射时遵 循的规律与光的反射规律相同循的规律与光的反射

29、规律相同已知已知 v20.9v1，入射点与出射点之间的距离是入射点与出射点之间的距离是 d，入射入射 角是角是 i，肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行 问题：肿瘤离肝表面的深度问题：肿瘤离肝表面的深度 h 为多少？为多少？ 解析解析超声波沿如图所示的路线传播超声波沿如图所示的路线传播，根据根据 sin i sin v1 v2， ， 又因为又因为 v20.9v1，所以所以 sin 0.9sin i又因为在直角又因为在直角三角三角 形中形中，sin d 2 d 2 2 h2 ，所以所以 hd 100 81sin2i 18sin i . 答案答案 d 10081sin2i 18sin i