1．知道波的反射、折射和衍射現(xiàn)象，知道明顯衍射的條件。2．理解波的反射定律和折射定律，能進行簡單計算。3．經(jīng)歷探究波的明顯衍射現(xiàn)象條件的過程。4．利用波的幾種現(xiàn)象實例培養(yǎng)觀察、分析和歸納的習慣。
1．波的反射(1)波的反射：波傳播過程中遇到介質(zhì)界面會____原介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。(2)反射波的____、____、頻率跟入射波的相同。
探究重構(gòu)·關鍵能力達成
知識點一　波的反射和折射
(3)波的反射定律：反射線、入射線和法線在同一平面內(nèi)，反射線和入射線分別位于法線兩側(cè)，反射角____入射角。如圖所示。
2．波的折射(1)波的折射：波從一種介質(zhì)____另一種介質(zhì)時，波的________發(fā)生改變的現(xiàn)象。(2)波的折射中，波的____不變，波速和波長發(fā)生改變。
提醒　波在兩種介質(zhì)的界面上發(fā)生折射的原因是波在不同介質(zhì)中的傳播速度不同。對于入射角為零的特殊現(xiàn)象，折射角也為零，即波沿原方向傳播，但介質(zhì)發(fā)生了變化，其波長和波速也相應發(fā)生變化。
我們一般都有這樣的體驗：(1)如圖甲所示，我們在山中對著山谷大聲喊“你好……”時會聽到“連綿不斷”的“你好……”的回聲；如圖乙所示，在空曠的大房間里大聲說話時，會聽到“嗡嗡”的回聲，導致不容易聽清聲音。(2)如圖丙所示，我們對著家中的魚缸大喊，會看見魚缸中的魚兒的游泳速度發(fā)生突然變化，好像聽到了我們的喊聲。
問題1　(1)中這些屬于波的什么現(xiàn)象？
提示：都是聲波的反射現(xiàn)象。
問題2　(2)中這屬于波的什么現(xiàn)象？
提示：是聲波的折射現(xiàn)象。
波的反射、折射現(xiàn)象中各量的變化1．波向前傳播在兩種介質(zhì)的界面上會同時發(fā)生反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象，一些相關物理量變化如表：
2．說明：(1)頻率 f 由波源決定，故無論是反射波的頻率還是折射波的頻率都等于入射波的頻率。(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；折射波與入射波在不同介質(zhì)中傳播，波速變化。(3)根據(jù)v＝λf，波長λ與v及 f 有關，即與介質(zhì)和波源有關，反射波與入射波在同一介質(zhì)中，波速相同、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，v不同，f 相同，故λ不同。
【典例1】　如圖所示，某列波以60°的入射角由甲介質(zhì)射到乙介質(zhì)的界面上同時發(fā)生反射和折射，若反射波的波線與折射波的波線的夾角為90°，此波在乙介質(zhì)中的波速為1.2×105 km/s，則：(1)該波的折射角為多大？(2)該波在甲介質(zhì)中的傳播速度為多少？(3)該波在兩種介質(zhì)中的波長比為多少？
[跟進訓練]1．圖中1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線，則(　　)A．2與1的波長、頻率相等，波速不等B．2與1的波速、頻率相等，波長不等C．3與1的波速、頻率、波長均相等D．3與1的頻率相等，波速、波長均不等
1．定義　波繞過______繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。2．發(fā)生明顯衍射的條件　障礙物或狹縫的尺寸跟____相差不多，或者比波長更小。3．波的衍射的普遍性　一切波都能發(fā)生____。衍射是波特有的現(xiàn)象。
提醒　1．衍射是波特有的現(xiàn)象，凡是能發(fā)生衍射現(xiàn)象的都是波。2．一切波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是有的明顯，有的不明顯，波發(fā)生衍射時，波長、頻率和波速均不變，由于有能量損失，振幅減小。
如圖甲所示的是聲波能繞過障礙物到達障礙物后面的情境；如圖乙所示，當障礙物較小時發(fā)現(xiàn)波繞過障礙物繼續(xù)前進，如同障礙物不存在一樣；如圖丙所示，當小孔很小時發(fā)現(xiàn)波通過小孔繼續(xù)傳播，如同小孔不存在一樣。
問題1　上述現(xiàn)象屬于什么現(xiàn)象？
提示：上述現(xiàn)象屬于波的衍射現(xiàn)象。
問題2　要使上述現(xiàn)象較明顯，需要什么條件？
提示：要使上述現(xiàn)象較明顯，需要障礙物或者小孔的尺寸與波長相差不多或更小。
1．波的衍射現(xiàn)象的本質(zhì)波傳到小孔(或障礙物)時，小孔(或障礙物)仿佛是一個新的波源，由它發(fā)出與原來同頻率的波(稱為子波)，在孔(或障礙物)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不明顯時的近似情形。2．產(chǎn)生明顯衍射的條件障礙物或孔的尺寸跟波長相差不多，或者比波長小。
特別提醒　1．縫、孔的寬度或障礙物的尺寸與波長的關系僅是能否發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，并不是決定衍射現(xiàn)象能否發(fā)生的條件。2．波的衍射是波在傳播過程中所具有的特征之一，衍射現(xiàn)象是否明顯，通常的衡量標準就是縫、孔的寬度或障礙物的尺寸與波長的比值大小，比值越小，衍射現(xiàn)象相對越明顯。
【典例2】　如圖所示是觀察水面波衍射的實驗裝置。AC和BD是兩塊擋板，AB是一個孔，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)之間的距離表示一個波長，則(　　)A．水面波經(jīng)過孔后波速會改變B．水面波經(jīng)過孔后波紋間距離可能變大C．若波源頻率增大，衍射現(xiàn)象更明顯D．如果將孔擴大，可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象
易錯警示　對波的衍射條件的理解有誤縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多或者比波長還小時，就能夠發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象；當縫、孔的寬度或障礙物的尺寸比波長大很多時，衍射現(xiàn)象依然存在，只是不能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。同時要明確波速取決于介質(zhì)，頻率取決于波源，波發(fā)生衍射時，波速、頻率都不改變。
A．只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸比波長小，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象B．只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多或比波長更小，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象C．由圖(二)中丙圖可以得出，波長比狹縫短太多就不會發(fā)生衍射現(xiàn)象D．由圖(一)中甲圖可以看出，狹縫寬度再增加就不會發(fā)生衍射現(xiàn)象
B　[由題圖(一)可知，波長一定時，狹縫越窄衍射現(xiàn)象越明顯；由題圖(二)可知，狹縫一定時，波長越長衍射現(xiàn)象越明顯。則只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多或比波長更小，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，A錯誤，B正確；由題圖(二)中丙圖可以得出，波長比狹縫小太多同樣會發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是衍射現(xiàn)象不明顯，C錯誤；由題圖(一)中甲圖可以看出，狹縫寬度再增加也會發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是衍射現(xiàn)象不明顯，D錯誤。]
1．以下關于波的認識，不正確的是(　　)A．潛艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況，用的是波的反射原理B．隱形飛機怪異的外形及表面涂的特殊隱形物質(zhì)，是為了減少波的反射，從而達到隱形的目的C．波發(fā)生折射時，波的頻率、波長、波速均發(fā)生變化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
應用遷移·隨堂評估自測
C　[波發(fā)生折射時，介質(zhì)改變，則波速改變，但頻率由波源決定，則波的頻率不變，由v＝λf知波長也發(fā)生變化，C錯誤。]
2．下列關于波的衍射的說法正確的是(　　)A．衍射是機械波特有的現(xiàn)象B．對同一列波，縫、孔或障礙物的尺寸比波長小時有明顯衍射現(xiàn)象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)生明顯衍射現(xiàn)象是由于聲波波長較長，頻率較高
B　[所有波都能發(fā)生衍射現(xiàn)象，所以選項A、C錯誤；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，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，所以選項B正確；人耳能聽到的聲波的波長在1.7 cm到17 m之間，一般常見的障礙物或孔的大小可與之相比，所以聲波容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，而聲波的波長較長，頻率較低，選項D錯誤。]
4．如圖所示，O是水面上一波源，實線和虛線分別表示某時刻的波峰和波谷，A是擋板，B是小孔。若不考慮波的反射因素，則經(jīng)過足夠長的時間后，水面上的波將分布于(　　)A．整個區(qū)域B．陰影Ⅰ以外區(qū)域C．陰影Ⅱ以外區(qū)域D．陰影Ⅱ和Ⅲ以外的區(qū)域
B　[水波在傳播過程中遇到了擋板A和小孔B，相比而言小孔B的尺寸與波長差不多，所以水波經(jīng)過B后能發(fā)生明顯的衍射，但A擋板的尺寸較大，所以水波經(jīng)過A后不能發(fā)生明顯衍射，所以水面上的波分布于陰影Ⅰ以外的區(qū)域，選項B正確。]
回歸本節(jié)知識，自我完成以下問題：1．波在兩種介質(zhì)的界面處能否同時發(fā)生折射和反射現(xiàn)象？
2．在波的反射和折射現(xiàn)象中頻率是否發(fā)生變化？
3．發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是什么？
提示：波長大于障礙物或小孔的尺寸(或相差不多)。
題組一　波的反射和折射1．關于波的反射與折射，下列說法正確的是(　　)A．入射波的波長一定等于反射波的波長，其頻率不變B．入射波的波長一定小于反射波的波長，其頻率不變C．入射波的波長一定大于折射波的波長，其頻率不變D．入射波的波長一定小于折射波的波長，其頻率不變
課時分層作業(yè)(十三)　波的反射、折射和衍射
A　[入射波與反射波在同種介質(zhì)中波速相同，頻率由波源決定，頻率相同，由v＝λf知波長相同，A項正確，B項錯誤；因不知介質(zhì)情況，入射波與折射波的波長無法比較，C、D兩項錯誤。]
4．聲波在空氣中的傳播速度為340 m/s，在鋼鐵中的傳播速度為4 900 m/s。一平直橋由鋼鐵制成，某同學用錘子敲擊一下橋的一端發(fā)出聲音，分別經(jīng)空氣和橋傳到另一端的時間之差為1.00 s。橋的長度為______m。若該聲波在空氣中的波長為λ，則它在鋼鐵中的波長為λ的_____倍。
題組二　波的衍射5．下列現(xiàn)象不屬于波的明顯衍射現(xiàn)象的是(　　)A．隔墻有耳B．空山不見人，但聞人語聲C．河中蘆葦后面沒有留下無波的區(qū)域D．池中假山前有水波，假山后無水波
D　[衍射是波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是縫、孔和障礙物的尺寸與波長相比差不多或比波長還要短。A、B、C項所描述的現(xiàn)象都是波發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，池中假山前有水波，假山后無水波，D項所描述的現(xiàn)象說明波沒有發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，故選D。]
6．如圖所示，S為波源，M、N是兩塊擋板，其中M板固定，N板可左右移動，兩板中間有一狹縫，此時觀察不到A點振動，為了使A點能發(fā)生振動，可采用的方法是(　　)A．增大波源的頻率B．增大波源的振幅C．將波源S向左移D．將N板向左移
D　[當縫的尺寸跟波長相差不多，或比波長更小時，會發(fā)生明顯的衍射，所以為了使A點能發(fā)生振動，可增大波長，即減小波源的頻率(因為波速不變，頻率減小時，波長變大)；也可減小狹縫的寬度，即將N板向左移；還可將波源右移。波源左移和增大波源的振幅不會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，故D正確，A、B、C錯誤。]
7．如圖所示是利用水波槽觀察到的水波衍射圖像，從圖像可知(　　)A．B側(cè)水波是衍射波B．A側(cè)波速與B側(cè)波速相等C．減小擋板間距離，衍射波的波長將減小D．增大擋板間距離，衍射現(xiàn)象更明顯
B　[B側(cè)水波在傳播過程中遇到帶有窄縫的擋板后發(fā)生衍射，則A側(cè)水波是衍射波，故A錯誤；同種機械波在相同介質(zhì)中的傳播速度相同，故B正確；減小擋板間距離，衍射現(xiàn)象會更明顯，但是衍射波的波速不變，頻率不變，故波長不變，故C錯誤；因為只有當擋板間距離跟波長差不多或者比波長更小時，衍射現(xiàn)象才明顯，所以當增大擋板間距離時，衍射現(xiàn)象會更不明顯，故D錯誤。]
8．如圖所示，P為橋墩，A為靠近橋墩浮在水面的葉片，波源S連續(xù)振動，形成水波，此時葉片A靜止不動。為使水波能帶動葉片振動，可用的方法是(　　)A．增大波源振幅B．減小波源振幅C．減小波源距橋墩的距離D．降低波源的振動頻率
9．如圖所示是水波遇到小孔或障礙物后的圖樣，圖中每兩條實線間的距離表示一個波長，其中正確的圖樣是(　　)
A　　　　　B　　　　　C　　　 　D
D　[波遇到小孔發(fā)生明顯的衍射時，小孔處相當于新的波源，可知A的衍射圖樣錯誤；當孔的尺寸比波長大的多時、波將沿直線傳播，故B圖樣錯誤；波遇到尺寸與波長差不多的障礙物后，能“繞過”障礙物繼續(xù)向前傳播，故D圖樣正確，C錯誤。故選D。]
10．(多選)如圖所示，這是波源O傳出的一列水波，相鄰實線間的距離等于一個波長，下列說法正確的是(　　)A．波通過孔A，發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象B．波通過孔B，不發(fā)生衍射現(xiàn)象C．波遇到障礙物C，發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象D．波遇到障礙物D，發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象
AD　[觀察題圖，孔B和障礙物C尺寸明顯大于波長，不會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，但仍然有衍射現(xiàn)象，只是不明顯，不易觀察；孔A和障礙物D尺寸小于或接近波長，會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，故A、D正確，B、C錯誤。]
11．(多選)一列簡諧橫波，在t＝0.6 s時刻的圖像如圖甲所示，波上A質(zhì)點的振動圖像如圖乙所示，則以下說法正確的是(　　)
12．甲、乙兩人分乘兩只小船在湖中釣魚，兩船相距 24 m。有一列水波在湖面上傳播，使每只船每分鐘上下浮動20次，當甲船位于波峰時，乙船位于波谷，這時兩船之間還有5個波峰。(1)此水波的波長為多少？波速為多少？(2)若此波在傳播過程中遇到一根豎立的電線桿，是否會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象？(3)若該波經(jīng)過一跨度為30 m的橋洞，橋墩直徑為3 m，橋墩處能否看到明顯的衍射現(xiàn)象？若該橋為一3 m寬的涵洞，洞后能否發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象？

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3 波的反射、折射和衍射

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