3.3 波的反射、折射和衍射-高二物理同步精品讲义（人教版选择性必修第一册）（学生版）

3.3 波的反射、折射和衍射

知识点01  波的反射与折射

一、波的反射

1．反射现象

波遇到介质界面会返回来继续传播的现象．

2．反射角与入射角

(1)入射角：入射波的波线与法线的夹角，如图中的α.

(2)反射角：反射波的波线与法线的夹角，如图中的β.

3．反射定律

反射波线、法线、入射波线在同一平面内，且反射角等于入射角．

注意：反射波与入射波的波长、频率、波速都相等，但由于反射面吸收一部分能量，反射波传播的能量将减少．

二、波的折射

1．波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波传播的方向发生偏折的现象叫作波的折射．

2．一切波都会发生折射现象．

【即学即练1】机械波在传播过程中遇到障碍物时会发生反射，如果用射线表示波的传播方向，下列说法正确的是（　　）

A．入射线与反射线一定在同一平面内，法线与这一平面垂直

B．入射线与反射线可能在法线同侧

C．“回声”是声波的反射现象

D．“回声”是声波的折射现象

【即学即练2】如图所示，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处水面没有振动，为使A处水面也能发生振动，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．使波源的周期减小

D．移动N使狭缝的间距增大

知识点02  波的衍射

1．定义

波可以绕过障碍物继续传播，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、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象．

3．一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象．

【即学即练3】下列说法正确的是(　　)

A．入射波面与法线的夹角为入射角 B．入射波面与界面的夹角为入射角

C．入射波线与法线的夹角为入射角 D．入射角跟反射角相等

考法01波的衍射

1．产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多或比波长小．

2．理解

(1)衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射．

(2)波的衍射总是存在的，只有“明显”与“不明显”的差异，不会出现“不发生衍射现象”的说法．

(3)波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛是一个新波源，由它发出与原来同频率的波在孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向．因此，波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况．

【典例1】下列说法中正确的是（　　）

A．衍射是一切波特有的现象

B．障碍物或孔越大越易产生衍射

C．在空旷的山谷里叫喊，可以听到回音，这是声波的衍射现象

D．在空旷的山谷里叫喊，可以听到回音，这是声音的反射现象

题组A  基础过关练

一、单选题

1．如图所示是水波遇到小孔后的图像，图中每两条实线间的距离表示一个波长，其中正确的图像是（　　）

A． B．

C． D．

2．发波水槽中产生一列水波，用一支圆珠笔插入水中，如图所示，笔对波的传播（　　）

A．有影响，水波发生明显衍射现象

B．有影响，水波不发生明显衍射现象

C．无影响，水波发生明显衍射现象

D．无影响，水波不发生明显衍射现象

3．如图，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）之间距离表示一个波长，相邻波纹间距离与AB间距相等。下列说法正确的是（　　）

A．水面波经过孔后波速减小

B．水面波经过孔后波纹间距离可能变大

C．若波源频率增大，衍射现象更明显

D．如果将孔扩大，可能观察不到明显的衍射现象

4．如图所示，圆形实线是波源O在水槽里产生的水波的波峰，下列说法正确的是（　　）

A．水波只要进入∠CAE和∠DBF区域就叫波的衍射

B．水波只要进入∠CAA′和∠DBB′区域就叫波的衍射

C．水波必须充满∠CAE和∠DBF区域才叫波的衍射

D．水波必须充满∠CAA′和∠DBB′区域才叫波的衍射

5．一列波在传播过程中遇到一个障碍物，发生了一定程度的衍射，一定能使衍射现象更明显的措施是（      ）

A．增大障碍物尺寸，同时增大波的频率

B．增大障碍物尺寸，同时减小波的频率

C．缩小障碍物尺寸，同时增大波的频率

D．缩小障碍物尺寸，同时减小波的频率

【答案】D

6．如图所示为两列不同频率的水波通过相同的小孔所形成的衍射图样，由图可知，两列波的波长和频率的大小关系是（　　）

A．λA＞λB，fA＞fB B．λA＜λB，fA＜fB

C．λA＞λB，fA＜fB D．λA＜λB，fA＞fB

7．古语云：“但闻其声，不见其人”，这一现象是声波的

A．反射 B．折射 C．干涉 D．衍射

8．下列说法中错误的是（   ）

A．衍射是一切波特有的现象

B．障碍物或孔越小越易产生衍射

C．在空旷的山谷里叫喊，可以听到回音，这是声波的衍射现象

D．在空旷的山谷里叫喊，可以听到回音，这是声音的反射现象

9．声波能绕过某一建筑物而传播，这是因为声波（    ）

A．是纵波 B．是机械波 C．发生了衍射现象 D．穿透力强

10．水槽内有一振源振动时产生的水波通过一个空隙发生衍射现象，为了使衍射现象更明显，可采用的方法是（    ）.

A．增加空隙宽度 B．减小空隙宽度 C．增加振源的振动频率 D．减小振源的振动波长

11．一列水波穿过小孔产生衍射，衍射后的水波（    ）.

A．波长增大 B．周期增大 C．频率减小 D．振幅减小

12．振源S在O点做沿竖直方向的简谐运动，频率为时刻向右传播的简谐横波如图所示，则以下说法错误的是（　　）

A．该横波的波速大小为

B．时，处的质点振动方向向下

C．时，处的质点处在平衡位置且振动方向向下

D．传播过程中该横波遇到小于1m的障碍物或小孔都能发生明显的衍射现象

13．如图所示，一列简谐横波沿x轴正方向传播，时刻，该波传播到x轴上的质点B处，质点A在负的最大位移处。在t=0.3s时，质点A恰第二次出现在正的最大位移处，则（　　）

A．该波的周期为0.3s

B．该波的波速等于10m/s

C．t=0.6s时，质点B在平衡位置处且向下运动

D．该简谐横波遇到宽为0.8m的障碍物时，不能发生明显衍射现象

二、多选题

14．下列叙述属于波的反射现象的是（　　）

A．夏日的雷声有时会轰鸣不绝 B．在空房间里讲话，会感到声音更响

C．墙里讲话墙外听 D．讲话者又听到自己的回声

15．如图所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60 m，在防波堤后A、B两处有两个小船进港躲避风浪。某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播，下列说法正确的有（　　）

A．假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响

B．假设波浪的波长约为10 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响

C．假设波浪的波长约为55 m，则A、B两处小船基本上不受波浪影响

D．假设波浪的波长约为55 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响

16．一列水波通过某孔的实际情况如图所示，现把孔的尺寸变小，或者把水波的波长变大，水波通过孔后的假想情况如图四幅图所示，其假想错误的图示有（　　）

A．孔变小 B．孔变小

C．波长变大 D．波长变大

17．如图为演示波的衍射装置，S为水平面上振动的波源，M、N是水面上的两块挡板，其中N板可以移动，两板间有一狭缝，此时测得图中A处没有振动，下列说法正确的是(　　)

A．使波源的振动频率增大，可以使A处的水振动起来

B．使波源的振动频率减小，可以使A处的水振动起来

C．移动N板使狭缝间距增大，可以使A处的水振动起来

D．当A点振动后，挡板两边的波纹间距相等

18．关于波的衍射现象下列说法正确的是( )

A．当孔的尺寸比波长大时，一定不会发生衍射现象

B．只有孔的尺寸与波长相差不多时，或者比波长还小时会观察到明显的衍射现象

C．只有波才有衍射现象

D．以上说法均不正确

19．下列关于波的衍射的说法正确的是(　　)

A．衍射是一切波特有的现象

B．对同一列波，缝、孔或障碍物越小，衍射现象越明显

C．只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象

D．声波容易发生衍射现象是由于声波波长较长

20．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（  ）

A． B． C． D．

21．如图所示，当波源和障碍物都静止不动时，波源发出的波在障碍物处不能发生明显衍射。下列措施可能使波发生较为明显衍射的是（　　）

A．增大波源的振动频率

B．减小波源的振动频率

C．增大障碍物的长度

D．减小障碍物的长度

题组B  能力提升练

一、单选题

1．小河中有一个实心桥墩P，A为靠近桥墩浮在平静水面上的一片树叶，俯视如图所示。现在S处以某一频率拍打水面，使形成的水波能带动树叶A明显振动起来，可以采用的方法是（　　）

A．以较低的频率拍打水面 B．以较高的频率拍打水面

C．只要拍打，A就会明显振动 D．无论怎样拍打，A都不会明显振动

2．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，则关于波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是（　　）

A．此时能明显观察到波的衍射现象

B．频率不变，则AB孔越大，挡板后面的相邻波纹间距越大

C．频率不变，将孔扩大，可观察到更明显的衍射现象

D．孔的大小不变，使波源频率增大，可观察到更明显的衍射现象

3．如图所示，图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为质点P以此时刻为计时起点的振动图像，从该时刻起，下列说法正确的是（　　）

A．经过0.05s时，质点Q距平衡位置的距离大于质点P距平衡位置的距离

B．经过0.15s，P质点沿x轴的正方向移动了3m

C．经过0.1s时，质点Q的运动方向沿y轴负方向

D．若该波在传播过程中遇到一个尺寸为0.5m的障碍物，能发生明显衍射现象

4．小河中有一个实心桥墩P，A为靠近桥墩浮在水面上的一片树叶，俯视图如图所示，小河水面平静。现在S处以某一频率拍打水面，要使形成的水波能带动树叶A振动起来，可以采用的方法是（　　）

A．无论怎样拍打，A都能振动起来 B．无论怎样拍打，A都不会振动起来

C．降低拍打水面的频率 D．提高拍打水面的频率

5．如图所示，沿x轴正方向传播的一列横波在某时刻的波形图为一正弦曲线，其波速为200m/s，下列说法正确的是（　　）

A．从图示时刻开始，质点b比质点a先到平衡位置

B．从图示时刻开始，经0.01s质点a通过的路程为0.8m

C．若该波波源从0点沿x轴正向运动，则在x=2000m处接收到的波的频率将小于50Hz

D．若该波传播中遇到宽约3m的障碍物能发生明显的衍射现象

二、多选题

6．一列简谐横波在同一介质中传播，图甲是某时刻的波形图，图乙是从该时刻起质点A的振动图像，下列说法正确的是（　　）

A．从该时刻起，质点P将比质点Q先回到平衡位置

B．从该时刻起，再经过，P质点通过的路程为12m

C．若该波的频率变为2.5Hz，则波速变为50m/s

D．若该波遇到尺寸为5m的障碍物，能发生明显的衍射现象

7．在水波槽的衍射实验中，若打击水面的振子其振动图象如图所示，水波在水槽中的传播速度为0.05 m/s，为观察到明显的衍射现象，小孔直径d应为(　　)

A．2 cm B．1cm C．小于2cm D．小于1 cm

8．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）之间距离表示一个波长，则波经过孔之后的传播情况，下列描述正确的是（  ）

A．此时能观察到明显的波的衍射现象

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，能观察到更明显的衍射现象

9．一列沿x轴传播的简谐横波在t=2s时的波动图象如图甲所示，该波传播路径上某质点的振动图象如图乙所示。则下列判断正确的是（　　）

A．该波中的质点的振动频率为4Hz

B．若图乙是质点P的振动图象，则简谐波向x轴负方向传播

C．若简谐波向x轴正方向传播，则t=3s时，质点P运动到波峰位置

D．若此波传入另一介质中其波速变为0.8m/s，则它在该介质中的传播周期为5s

E.该波在传播过程中若遇到直径d=3.8m的圆形障碍物，能发生明显衍射现象

10．关于波的干涉和衍射，下列说法正确的是（　　）

A．波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射现象

B．“闻其声而不见其人”，说明声波也能发生衍射

C．频率不相同的两列波也能发生干涉

D．声波、电磁波等一切波都能发生衍射和干涉现象

11．图甲为一简谐横波在t = 0.10s时的波形图，Р是平衡位置在x = 0.5m处的质点，Q是平衡位置在x = 4.0m处的质点；图乙为质点Q的振动图像。下列说法正确的是（   ）

A．这列波沿x轴负方向传播

B．这列波的传播速度为10m/s

C．从到，P通过的路程为30cm

D．该波在传播过程中若遇到直径为3m的障碍物，能发生明显衍射现象

12．一列简谐横波，在时的图像如图甲所示，波上质点的振动图像如图乙所示。下列说法正确的是（　　）

A．这列波沿轴负方向传播

B．这列波的波速是

C．从开始，在时间内，质点经过的路程为

D．该波在传播过程中遇到尺寸为的障碍物时不能发生明显的衍射现象

13．图甲所示为一列简谐横波在某一时刻波形图，图乙为介质中处的质点P以此时刻为计时起点的振动图像。则下列说法正确的是（　　）

A．这列波的传播方向是沿x轴正方向

B．图甲时刻，质点P的加速度大于质点Q的加速度

C．时，质点P距平衡位置的距离大于质点Q距平衡位置的距离

D．该波在传播过程中若遇到直径为2m的障碍物，不能发生明显衍射现象

14．图甲为一列简谐横波在t=2s时的波形图，图乙为媒质中平衡位置在x=0.5m处的质点的振动图像。下列说法正确的是（　　）

A．波速为0.5m/s

B．该波沿x轴负方向传播

C．当t=6s时，x=2m的质点恰好回到平衡位置

D．该波在传播过程中，若遇到宽度为2m的障碍物，会发生明显衍射现象

15．有一列沿轴传播的简谐横波，在某一时刻它的波形图如图甲所示，和是这列简谐横波上的两个质点，从该时刻起某同学记录下了质点在一段时间内的振动图像，如图乙所示。则下列说法正确的是（　　）

A．该列简谐横波正以的速度沿轴负方向传播

B．图甲所示时刻和两质点的速度都为零

C．时质点距离平衡位置最远，其加速度最大，加速度方向且沿轴负方向

D．该波在传播过程中若遇到直径d=7m的圆形障碍物，能发生明显衍射现象