第三章機械波3.3波的反射、折射和衍射人教版（2019）高中物理選擇性必修第一冊CONTENTS01

波

的

反

射02波

的

折

射03波

的

衍

射04目錄典型例題典型例題01

波

的

反

射機

械

波北京天壇回音壁【生活化引入】海市蜃樓【生活化引入】我們知道，聲音在傳播過程中，遇到障礙物時會發生反射。對著遠處的峭壁大喊一聲會聽到回聲，就是聲波在峭壁上反射的結果。生活中，你是否注意過水波的反射？波的反射應該遵從什么規律？課堂引入一、波的反射反射線與法線的夾角

叫做反射角。入射角

：入射線與法線的夾角

叫做入射角。反射角

：法線分界面反射定律：（1）入射線、法線、反射線在同一平面內，入射線與反射線分居法線兩

側，反射角等于入射角。（2）反射波的波長、頻率、波速都跟入射波相同．（3）波遇到兩種介質界面時，總存在反射．

定

義：當波傳播到兩種介質的分界面時，一部分

返回來繼續傳播的現象。一、波的反射2．回聲是聲波的反射現象．

對著山崖或高墻說話，聲波傳到山崖或高墻時，會被反射回來繼續傳播．1．夏日的雷聲轟鳴不絕．聲波在云層界面多次反射．3．在空房間里講話感覺聲音響．聲波在普通房間里遇到墻壁，地面，天花板發生反射時，由于距離近，原聲與回聲幾乎同時到達人耳．人耳只能分開相差0.1s以上的聲音．所以，在房間里聽不到回聲，人在房間里講話感覺聲音比在野外大，而普通房間里的慢帳、地毯、衣物等會吸收聲波，會影響室內的聲響效果．思考1：如圖所示，一場大雪過后，人們會感到外面萬籟俱靜．這是怎么回事？難道是人的活動減少了嗎？提示：剛下過的雪是新鮮蓬松的，它的表面層有許多小氣孔．當外界的聲波傳入這些小氣孔時便要發生反射．由于氣孔往往是內部大而口徑小．所以，僅有少部分波的能量能通過口徑反射回來，而大部分的能量則被吸收掉了．所以不是人的活動減少了。02

波

的

折

射機

械

波定義：波從一種介質進入另一種介質時，波的傳播方向發生了改變的現象叫做波的折射。二、波的折射界面介質I介質II折射角r：

折射波的波線與兩介質界面法線的夾角r叫做折射角。法線1.當入射速度大于折射速度時，折射角折向法線。2.當入射速度小于折射速度時，折射角折離法線。3.當垂直界面入射時，傳播方向不改變，屬折射中的特例。4.在波的折射中，波的頻率不改變，波速和波長都發生改變。波發生折射的原因：是波在不同介質中的速度不同折射定律：

入射線、法線、折射線在同一平面內，入射線與折射線分居法線兩側．入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一種介質中的速度跟波在第二種介質中的速度之比。波現象波的反射波的折射

傳播方向改變

θ反＝θ入改變

θ折≠θ入頻率f不變不變波速v不變改變波長λ不變改變波的反射、折射現象中各物理量的變化例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、波長均不等解析波發生反射時，在同一種介質中運動，因此波長、波速和頻率不變，A、B錯誤；波發生折射時，頻率不變，波速變，波長變，故C錯誤，D正確。答案D思考2：如圖所示，駱駝隊白天在沙漠中行走時，隊伍后面的喊聲，隊伍前面往往聽不到，而夜晚就不同，聽的比較清楚，這是什么原因？提示：白天近地面的氣溫較高，聲速較大，聲速隨離地面高度的增加而減小導致聲音傳播方向向上彎曲；夜晚地面溫度較低，聲速隨離地面高度的增加而增加，聲波的傳播方向向下彎曲，這也是在夜晚聲波傳播得比較遠的原因．03

波

的

衍

射機

械

波【看圖，猜一個成語】“隔墻有耳”這一成語中蘊含著物理學中“波的衍射”這一原理障礙物衍——延展之意波的衍射——波延展到“影子”區域里的現象。陰影區陰影區陰影區陰影區波源1.定義：波繞過障礙物繼續傳播的現象叫做波的衍射。三、波的衍射

對比兩幅水波通過孔縫衍射照片，總結發生明顯衍射現象的條件:衍射現象明顯波繞過障礙物區域多波繞過障礙物區域少衍射現象不明顯λλd??λ?dd問題探究水波槽實驗：發波水槽毛玻璃屏幕反射鏡電動機的振動起波器研究λd

？明顯衍射水波槽實驗：波長λ一定的水波通過寬度d不同的狹縫后的衍射圖樣d>λd<λd≈λ明顯明顯不明顯λλλddd在狹縫寬度d一定，不同波長的水波的衍射λ1=

0.3dλ2=

0.5dλ3=

0.7d明顯2、發生明顯衍射的條件實驗表明：只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小時，才能觀察到明顯的衍射現象。1、比波長大能發生明顯衍射嗎？

2、能說成是發生衍射現象的條件嗎？思考：注意：1、衍射是波特有的現象，一切波都會產生衍射現象。2、衍射現象總是存在的，只有明顯與不明顯的差異。3、障礙物或孔的尺寸大小，并不是決定衍射能否發生的條件，僅是發生明顯衍射的條件4、一般情況下，波長較大的波容易產生明顯的衍射現象。

思考3：操場上的喇叭正在播放音樂，有高音也有低音。走到離操場不遠的教學大樓后面，聽到喇叭播放的音樂聲有所減弱。是高音還是低音減弱得明顯一些？為什么？

例2：下列現象不屬于波的明顯衍射現象的是（）

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域

D．池中假山前有水波，假山后無水波D

例3：如圖所示是不同頻率的水波通過相同的小孔所能到達區域的示意圖，______情況中水波的頻率最大；_______情況中水波的頻率最小。BACCAA.此時能明顯觀察到波的衍射現象B.擋板前后波紋間距離相等C.如果將孔AB擴大，有可能觀察不到明顯的衍射現象D.如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能觀察到的更明顯衍射現象例4：(多選)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，則對于波經過孔之后的傳播情況，下列描述正確的是(

)

ABC04

典

型

例

題機

械

波1．聲波是一種機械波，在空氣中傳播速度約為340m/s，人能聽到的聲波頻率在20Hz到20000Hz之間，對于波長為34m的聲波，下列說法正確的是（）A．在水中它比波長為20m的聲波傳播得更快一些B．不能產生衍射現象C．它不能被人聽到D．不能產生反射現象C

隨堂練習2、如圖所示，S為波源，MN為兩塊擋板，其中M固定，N板可上下移動，兩板中間有一塊縫，此時測得A點沒有發生振動，為了使A點能振動起來，可采取的方法是（

）

A、增大波源的頻率

B、減小波源的頻率

C、將N板上移一些

D、將N板下移一些BC3．如圖所示，在水槽中放兩塊擋板，擋板中間留一個狹縫，觀察水波經過狹縫后的傳播情況。已知水波的波長不變，但狹縫的寬度不同，甲圖狹縫較寬，乙圖狹縫較窄。下列說法正確的是（）A．機械波經過狹縫后均沿直線傳播B．甲圖狹縫寬度比波長大得較多，衍射現象比較明顯C．乙圖狹縫寬度跟波長相差不大，衍射現象比較明顯D．甲、乙兩圖中波的衍射現象均不明顯C4.

如圖所示，正中心O點是水面上一波源，實、虛線分別表示該時刻的波峰、波谷，A是擋板，B是小孔，經過一段時間，水面上的波形將分布于(

) A.整個區域 B.陰影Ⅰ以外的區域 C.陰影Ⅱ以外的區域 D.陰影Ⅲ以外的區域解析由題圖中可直觀看出，半波長為實虛兩圓半徑之差，且可看出擋板A的尺寸比波長大得多，而小孔B的大小與波長長度差不多。根據波發生明顯衍射的條件知，該波在擋板A處的衍射現象很不明顯，即可認為波沿直線傳播，故Ⅰ區內水面無波形，故選項A、C、D錯誤；該波的波長與小孔B的大小差不多，能夠發生明顯的衍射，故在陰影區Ⅲ、Ⅱ之內明顯存在衍射波的波形，故選項B正確。B5．一列簡諧橫波在t=0.6s時的波形圖如圖甲所示，此時P、Q兩質點的位移相等，波上x=15m處的質點A的振動圖象如圖乙所示，則以下說法正確的是（）A．這列波沿x軸正方向傳播B．這列波的波速為0.06m/sC．從t=0.6s時刻開始，質點P比質點Q早回到平衡位置D．若該波在傳播過程中遇到一個尺寸為15m的障礙物，這列波不能發生明顯衍射