2025版新教材高中物理第3章机械波3波的反射折射和衍射课内探究新人教版选择性必修第一册

3.波的反射、折射和衍射探究波的反射和折射要点提炼1.波的反射和折射的比较波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射和折射现象，一些物理量相应发生了变更，比较如下：波现象比较项波的反射波的折射传播方向变更θ反＝θ入变更θ折≠θ入频率f不变不变波速v不变变更波长λ不变变更2.图形示例3．说明(1)频率f由波源确定，故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率相同，即与波源的振动频率相同。(2)波速v由介质确定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变；而折射波与入射波在不同介质中传播，所以波速变更。(3)据v＝λf知，波长λ与波速v及频率f有关，即与介质及波源有关，反射波与入射波在同一介质中传播，频率相同，故波长相同。折射波与入射波在不同介质中传播，频率相同，波速不同，故波长不同。典例剖析1．(多选)关于波的反射与折射，下列说法正确的是(BD)A．波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长变短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、波长、波速均发生变更D．波发生折射时，波的频率不变，但波长、波速均发生变更解析：波发生反射时，由于在同一种介质中传播，因此波长、波速和频率不变。波在不同种介质中传播发生折射时，波速发生变更，但频率由波源确定，波的频率不变，由v＝λf可知波长发生变更。对点训练❶如图所示，一列波沿着图中1所示的方向入射到介质a和介质b的界面，波在介质a中的波速为v1、入射角为θ1，波在介质b中的波速为v2、折射角为θ2，试验和理论证明eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(v1,v2)，则(D)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的波速大于2的波速，频率、波长均不相等D．3与1的频率相等，3的波速和波长都小于1的波速和波长解析：波的频率由波源确定，所以1、2、3的频率相等。反射波和入射波同在介质a中，波长、频率、波速都相等，故A、B错误；机械波的波速由介质确定，介质不同，波速不同。依据题目中给出的公式确定3的波速小于1的波速，又由v＝λf知，3的波长同样小于1的波长，但频率相等，故C错误，D正确。探究对波的衍射的理解要点提炼1.生活中常见的波的衍射现象(1)声波：声波的波长在1.7cm～17m之间，与一般障碍物的尺寸相比差不多，或比其大，故声波的衍射现象极为明显。(2)水波：水面上传播的波能够绕过水面上的芦苇、小石块等障碍物，都是典型的水波的衍射现象。(3)无线电波：在房间中可以接收到收音机和电视信号，是电磁波的衍射现象。2．对明显衍射发生条件的理解(1)波的衍射是波在传播过程中所具有的特征之一，衍射是否明显，通常的衡量就是孔或缝的宽度d与波长λ的比值，比值越小，衍射现象相对越明显。(2)孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长的关系仅是衍射的现象是否明显发生的条件，波的衍射没有条件。(3)明显衍射发生时，并不愿定能清楚地感受到，如当孔远远小于水波波长时，衍射应当特殊明显，但因孔很小，单位时间内通过的能量很少，又分布到很大的区域上，水波特殊弱，将看不清楚。(1)衍射是波所特有的现象，一切波都会发生衍射现象，只有明显和不明显的差异。(2)凡能发生衍射现象的都是波。典例剖析2．已知空气中的声速为340m/s。现有几种声波：①周期为eq\f(1,20)s；②频率为104Hz；③波长为10m。它们传播时若遇到宽约为13m的障碍物，能产生明显的衍射现象的是(C)A．①和② B．②和③C．①和③ D．都可以解析：周期为eq\f(1,20)s的声波的波长为λ1＝vT＝17m；由公式v＝λf得频率为104Hz的声波的波长为λ2＝0.034m，发生明显衍射的条件是孔径、障碍物的尺寸小于波长或者与波长相差不大，故①能产生明显的衍射现象，②不能产生明显的衍射现象。波长为10m的声波与宽度为13m的障碍物尺寸相差不大，故③能产生明显的衍射现象。因此，能产生明显的衍射现象的是①和③，故C正确。对点训练❷(多选)如图中S为在水面上振动的波源，M、N为在水面上的两块挡板，其中N板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时看不到A处水的振动。为使A处水也能发生振动，下列方法有效的是(BCD)A．移动N使狭缝的宽度增大B．使波源的频率减小C．使波源的周期增大D．移动N使狭缝的宽度减小解析：A处水没有振动，说明不能发生明显的衍射现象。要想发生明显的衍射现象，必需减小狭缝的宽度或增大波长，A方法无效，D方法有效；要想增大波长，由v＝λf＝eq\f(λ,T)知，v确定，当f减小或T增大时，λ增大，B、C方法有效。波的反射现象的应用1．回声测距(1)当声源不动时，声波遇到了静止障碍物会被反射回来接着传播，由于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状况下，用的时间相等。设经过时间t听到回声，则声源距障碍物的距离为s＝v声eq\f(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)eq\f(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)eq\f(t,2)。2．超声波定位：蝙蝠、海豚能发出超声波。超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来。蝙蝠、海豚就是依据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物的位置，从而确定飞行或游动方向。案例如图所示，有一辆汽车以15m/s的速度匀速行驶，在其正前方有一陡峭山崖，汽车鸣笛2s后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离多远？(v声＝340m/s)思路引导：利用反射测距是一种常用的方法，此题留意汽车是运动的，应画出运动示意图，帮助分析解题。解析：若汽车静止，问题就简洁了，现汽车运动，声音传播，如图所示为汽车与声波的运动过程示意图，设汽