3.3 波的反射、折射和衍射 学案-2022-2023学年高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册(含答案)

第3节波的反射、折射和衍射课前预习一、波的反射、波的折射1．波的反射(1)波的反射：波传播过程中从一种介质来到另一种介质，遇到介质界面会原介质继续传播的现象。(2)反射波的、、频率跟入射波的相同。(3)波的反射定律：反射线、入射线和法线在同一平面内，反射线和入射线分别位于法线两侧，反射角入射角。如图所示。2．波的折射(1)波的折射：波从一种介质另一种介质时会发生偏折，波的发生改变的现象。(2)波的折射中，波的不变，波速和波长发生改变。二、波的衍射[观图助学]1．定义：波可以绕过继续传播的现象。2．实验现象(1)实验器材：在水槽里放两块挡板，中间留一个。(2)现象：狭缝宽度比波长大得多，波的传播如同光沿一样，在挡板后面产生“阴影区”；在狭缝宽度与波长相差不多或者狭缝宽度比波长更小时，水波可以挡板后面继续传播。3．发生明显衍射现象的条件缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长，或者比波长。随堂练习例1．判断正误(1)波向前传播在两介质的界面上要么发生反射，要么发生折射，二者不会同时发生。()(2)波发生反射时波的频率不变，波速变小，波长变短。()(3)波发生折射时波的频率不变，但波长、波速发生变化。()(4)一切波遇到障碍物都会发生衍射现象。()(5)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。()(6)当小孔大小一定时，波的频率越大，衍射现象越明显。()(7)当障碍物大小一定时，波的频率越小，衍射现象越明显。()例2．图中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3．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1s第一次听到回声，又经过0.5s再次听到回声，已知声速为340m/s，则两墙壁间的距离为多少？例4．(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．此时能明显观察到波的衍射现象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，能观察到的更明显衍射现象例5．如图所示，正中心O点是水面上一波源，实、虚线分别表示该时刻的波峰、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以外的区域C．阴影Ⅱ以外的区域 D．阴影Ⅲ以外的区域课后巩固1．(多选)下列哪些现象是由声音的反射形成的()A．夏天下雨时，我们总是先看到闪电，后听到雷声B．北京天坛的回音壁的回音现象C．同样的声音在空旷的房间里比在旷野里听起来响亮些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，波长不变3．(多选)下列现象属于波的明显衍射现象的是()A．“隔墙有耳”B．“空山不见人，但闻人语响”C．在水塘里，微风激起的水波遇到小石头、芦苇等障碍物，会绕过它们继续传播D．池中假山前有水波，假山后无水波4．如图所示是利用发波水槽观察到的水波衍射图样，由图样可知()A．B侧波是衍射波B．A侧波速与B侧波速相等C．减小挡板间距离，衍射波的波长将减小D．增大挡板间距离，衍射现象将更明显5．声波能绕过筑物传播而光波却不能绕过该建筑物，这是因为()A．声波是纵波，光波是横波B．声波振幅大，光波振幅小C．声波波长较长，光波波长很短D．声波波速较小、光波波速很大6．(多选)水波通过小孔，发生了一定程度的衍射，为使衍射现象更明显，下列做法可取的是()A．增大小孔尺寸 B．减小小孔尺寸C．增大水波频率 D．减小水波频率7．(多选)图中S为在水面上振动的波源，M、N是水面上的两块挡板，其中N板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水没有振动，为使A处水也能发生振动，可采用的方法是()A．使波源的频率增大B．使波源的频率减小C．移动N使狭缝的间距增大D．移动N使狭缝的间距减小8．(多选)以下关于波的认识，正确的是()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反射D．水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的衍射现象9．一列声波在第一种均匀介质中的波长为λ1，在第二种均匀介质中的波长为λ2，若λ1＝2λ2，则该声波在两种介质中的频率之比和波速之比分别为()A．2∶1，1∶1 B．1∶2，1∶4C．1∶1，2∶1 D．1∶1，1∶210．(多选)如图，下列各图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(A、B图)或障碍物(C、D图)，其中能发生明显衍射现象的有()11．向水面上扔一个石块，形成如图所示的波形，已知相邻实线间的距离等于一个波长，不考虑水波的反射，试大致画出水波通过图甲的孔A和B以及遇到图乙中障碍物C和D之后的传播情况。12．一只汽船以4m/s的速度在无风的河面上航行，船上发出一声鸣笛，旅客在3s后听到前方悬崖反射回来的声音，设声音在空气中的传播速度为340m/s。则悬崖离汽船鸣笛的位置()A．504m B．516m C．1008m D．1032m13．天空有近似等高的浓云层。为了测量云层的高度，在水平地面上与观测者的距离为d＝3.0km处进行一次爆炸，观测者听到由空气直接传来的爆炸声和由云层反射来的爆炸声时间上相差Δt＝6.0s。试估算云层下表面的高度。已知空气中的声速v＝eq\f(1,3)km/s。14．渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位，已知某超声波频率为1.0×105Hz，某时刻该超声波在水中传播的波的图像如图所示。(1)从该时刻开始计时，画出x＝7.5×10－3m处质点做简谐运动的振动图像(至少一个周期)。(2)现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为4s，求鱼群与渔船间的距离(忽略渔船和鱼群的运动)。第3节波的反射、折射和衍射参考答案课前预习一、1．(1)返回(2)波长、波速(3)等于2．(1)进入、传播方向(2)频率二、1．障碍物2．狭缝、直线传播、绕过3．相差不多、更小。随堂练习例1．(1)×(2)×(3)√(4)√(5)×(6)×(7)√例2．答案D解析：波发生反射时，在同一种介质中运动，因此波长、波速和频率不变，A、B错误；波发生折射时，频率不变，波速变，波长变，故C错误，D正确。例3．答案425m解析：设测量员离较近的墙壁的距离为x，则他离较远的墙壁的距离为s－x，2x＝vt12(s－x)＝v(t1＋Δt)其中Δt＝0.5s，t1＝1s，代入数据得s＝425m。例4．答案ABC解析：从题图中可以看出，孔的大小与波长相差不多，故能够发生明显的衍射现象，选项A正确；由于在同一均匀介质中，波的传播速度没有变化，波的频率是一定的，又根据可得波长λ没有变化，所以选项B正确；当孔扩大后，发生明显衍射的条件将被破坏，故选项C正确；如果孔的大小不变，使波源频率增大，则波长减小，孔的尺寸将比波长大，失去发生明显的衍射现象的条件，因此选项D错误。例5．答案B解析：由题图中可直观看出，半波长为实虚两圆半径之差，且可看出挡板A的尺寸比波长大得多，而小孔B的大小与波长长度差不多。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，即可认为波沿直线传播，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的大小差不多，能够发生明显的衍射，故在阴影区Ⅲ、Ⅱ之内明显存在衍射波的波形，故选项B正确。课后巩固1．答案BC2．答案B解析：声波在水中的传播速度比在空气中的传播速度大。声波从空气传入水中，发生折射，频率不变，又由v＝λf可知，折射波的波长变大。3．答案ABC解析：假山前有水波，假山后无水波，说明水波没有绕过障碍物，因此不属于明显衍射现象，D错误，A、B、C正确。4．答案B解析：小孔相当于衍射波的波源，A侧波是衍射波，A错误；在同一种介质中，波速相等，故B正确；根据波速、波长和频率的关系式v＝λf，由于波速和频率不变，故波长不变，故C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，故D错误。5．答案C6．答案BD解析：根据发生明显衍射的条件，可知本题中要使衍射现象更明显，可采取：减小小孔尺寸、增大水波波长同时减小小孔尺寸或增大水波波长，在同一介质中v不变，由v＝λf知欲增大波长，必减小水波频率，故选B、D。7．答案BD8．答案ABC解析：A、B、C项中的原理均是利用波的反射或减少波的反射。9．答案C解析：同一列波，在不同介质中波的频率一定，故频率之比为1∶1，由v＝λf，有v1∶v2＝λ1∶λ2＝2∶1，C正确。10．答案BD11．答案:A孔与D障碍物尺寸比较小，波传播时容易绕到背后“阴影”区，B孔与C障碍物尺寸较大，不容易发生明显的衍射现象，波传播时几乎沿直线传播。12．答案B解析：汽船向悬崖靠近，3s行驶了L＝v船t＝12m。声波3s内传播的距离v声t＝2x－L，所以悬崖离汽船的鸣笛位置x＝516m，B正确。13．解析：如图所示，设A表示爆炸处，O表示观测者所在处，B表示云层反射点，用h表示云层下表面的高度，用t1表示爆炸声直接经地面传到观测处所用的时间，则有d＝vt1，①用t2表示爆炸声经云层反射后到达O处所经时间，因为入射角等于反射角，故有，②已知t2－t1＝Δt，③联立①②③式，可得，代入数据值得h＝2.0×103m。14．解析：(1)因为超声波的