高中人教版 (2019)第三章 机械波3 波的反射、折射和衍射导学案及答案

第3节 波的反射、折射和衍射

自主学习·必备知识

教材研习

教材原句

要点一 波的反射、折射

当水波遇到挡板时会发生 反射①。

一列水波在深度不同的水域传播时，在交界面处将发生 折射②。

要点二 波的衍射

波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫作 波的衍射③。

在狭缝宽度与波长相差不多或者狭缝宽度比波长更小的情况下，发生 明显④的衍射现象。

自主思考

①墙壁的传音性比空气好得多，但把门窗关闭后，外面传入室内的声音却会明显地减弱，这是为什么？

答案：提示 声波原来在空气中传播，如果没有障碍物，能直接传到室内，当把门窗关闭后，声波遇到墙壁和门窗，在界面上发生反射和折射现象，只有折射进入墙壁和门窗的声波才能进入室内，虽然墙壁和门窗的传音性能好但反射性能也好，所以大部分声波被反射回去，外面传入室内的声音就显著地减弱了。

②一列声波从空气中传入水中，已知水中声速较大，则声波频率和波长如何变化？

答案：提示 由于波的频率由波源决定，因此波无论在空气中还是在水中频率都不变。又因波在水中速度较大，由公式 可得，波在水中的波长变大。

③日常生活中“闻其声不见其人”的物理现象的原因是什么？

答案：提示 声波在空气中的波长较长，跟一般障碍物的尺寸相差不多，很容易发生明显衍射现象，绕过障碍物传入人耳。而光波由于波长很短，障碍物或孔的尺寸远大于光的波长，光不能绕过障碍物发生明显衍射，所以只能听到声音而看不到说话的人。

④只有障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小时，才能发生衍射现象，这句话对吗？

答案：提示 这句话不对，一切波遇到障碍物都会发生衍射现象，但有明显与不明显的区别，当障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小时，会发生明显的衍射现象。

名师点睛

1.波的反射规律：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，反射角等于入射角。

2.波的折射中，波的频率不变，波速和波长发生改变。

3.一切波都能发生衍射。衍射是波特有的现象。

互动探究·关键能力

探究点一 波的反射、波的折射

情境探究

1.

人们听不清对方说话时，除了让一只耳朵转向对方，还习惯性地把同侧的手附在耳旁，如图这样做是利用声波的什么特点提高耳朵的接收能力？

答案：提示 在耳廓原有形状、面积的基础上增加一个手的面积是为了增加波的反射面积来提高耳朵的接收能力。

探究归纳

1.波的反射和折射的比较

2.说明

（1）频率 由波源决定。

（2）波速 由介质决定。因为折射波与入射波在不同的介质中传播，所以波速发生变化。

（3）根据 知，波长 与 及 有关，即与介质和波源有关。

探究应用

例 （多选）下列说法正确的是(      )

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，波的频率不变，但波长、波速发生变化

D.波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化

答案： ;

解析：波发生反射时，波在同一种介质中传播，频率、波长和波速均不变， 错误， 正确；波发生折射时，是从一种介质传播到另一种介质，波速发生变化，波的频率由波源决定，所以频率不变，由公式 可知，波长发生变化， 正确， 错误。

规律总结

波发生反射时，频率、波长和波速均不变；波发生折射时，波的频率不变，波速随介质的变化而改变，波长随波速的改变而改变。

迁移应用

1.一列波在第一种均匀介质中的波长为 ，在第二种均匀介质中的波长为 ，且 ，那么波在这两种介质中的频率之比和波速之比分别为(      )

A.3∶1  1∶1B.1∶3  1∶4

C.1∶1  3∶1D.1∶1  1∶3

答案：1.

解析：1.同一列波，频率不变，由 得 ，故 正确。

2.（★）有一辆汽车以 的速度匀速行驶，在其正前方有一陡峭山崖，汽车鸣笛2 s后司机听到回声，此时汽车到山崖的距离有多远？

答案：2.

解析：2.设汽车在 点发出笛声， 点到山崖 的距离为 ，汽车运动到 点司机听到笛声，设 距离为 ， 距离为 ，则有

联立解得

探究点二 波的衍射

情境探究

1.

许多人可能都有这样的体验：当我们听自己说话的录音时，会感到与我们平时说话时所听到的自己的声音有很大的不同，但听别人讲话的录音时就没有这种感觉。为什么听自己的录音会感到与平时声音有很大的不同呢？

答案：提示 这种现象显然不是录音失真造成的，而是与波的衍射有关的一种物理现象。

声音从人的声带传到说话人的耳朵所涉及的物理过程主要是波的衍射。当波在传播的路径上遇到障碍，或者遇到带孔隙的隔板时，在特定的条件下就会发生明显衍射。我们说话时声带发出的声音就是这样经口、面颊、耳廓传到耳朵，使声音的直线传播发生改变。当我们的声音从外部声源直接到达我们的耳朵时，比如从扬声器或由耳机直接送入时，衍射就不起什么作用了。

探究归纳

1.波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫作波的衍射。

2.衍射是波特有的现象，一切波都会产生衍射现象，当波碰到障碍物时，衍射现象总是存在的，只是有的明显有的不明显而已。

3.障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多。

（1）障碍物或孔的尺寸大小并不是决定衍射能否发生的条件，仅是衍射现象是否明显的条件。一般情况下，波长较大的波容易发生显著的衍射现象。

（2）波传到小孔（或障碍物）时，小孔（或障碍物）处仿佛一个新的波源，由它发出与原来同频率的波（称为子波）在孔后传播，于是，就出现了偏离直线传播的衍射现象。

（3）当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射现象不容易被观察到。

探究应用

例 （多选）如图所示是观察水面波衍射的实验装置， 和 是两块挡板， 是一个小孔， 是波源，图中已画出波源所在区域的传播情况，每两条相邻的波纹（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.如果将孔 扩大，有可能观察不到明显的衍射现象

C.挡板前后波纹之间距离相等

D.如果孔的大小不变，使波源频率增大，一定能明显观察到衍射现象

答案： ; ;

解析：由图可看出孔的尺寸跟波长相差不多，所以能明显观察到波的衍射现象， 对；如将孔扩大到跟波长相差很多，则观察不到明显的衍射现象， 对；衍射不改变波的频率，在同种介质中波的传播速度不变，由 知，波长不变， 对；若增大波源频率，则波长减小，有可能观察不到明显的衍射现象， 错。

方法探究

衍射现象的判断方法

判定一些熟悉的现象是否是波的衍射现象，首先要看现象中是否有波，其次是看波从波源传出后是否偏离了直线传播，即是否“拐弯”，这两个条件都满足时才有波的衍射现象发生。

迁移应用

1.

（多选）下列说法中正确的是(      )

A.孔的尺寸比波长大得多时不会发生衍射现象

B.孔的尺寸比波长小才发生衍射现象

C.只有孔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

D.只有波才有衍射现象

答案： ;

解析：波绕过障碍物继续传播的现象称为波的衍射现象，发生明显衍射的条件是孔或障碍物尺寸跟波长差不多或者比波长更小，孔径大并不是不发生衍射，只是波的衍射现象不明显， 、 错误， 正确；衍射现象是波特有的现象， 正确。

评价检测·素养提升

课堂检测

1.在室内讲话的声音比在室外空旷处讲话的声音要洪亮，是因为(      )

A.室内空气不流动B.室内声音发生多次反射

C.室内声音发生折射D.室内物体会吸附声音

答案：1.

解析：1.在室内听到的声音洪亮是因为声波在室内墙壁上经过多次反射而得到加强。

2.（多选）对于波的折射现象，下列说法正确的是(      )

A.当入射速度小于折射速度时，折射后波长变大

B.当波垂直界面入射时，传播方向不改变，波速和波长都不改变

C.在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变

D.波发生折射时一定不会发生反射现象

答案：2. ;

解析：2.由 可知当入射速度小于折射速度时，折射后频率不变，波长变大， 正确。当波垂直界面入射时，传播方向尽管不改变，但由于介质发生改变，波速和波长都改变，但周期、频率不变， 错误， 正确。波发生折射时也可以在两种介质界面上发生反射现象， 错误。

3.下列关于波的衍射的说法正确的是(      )

A.波要发生衍射现象必须满足一定的条件

B.与光波相比声波容易发生衍射是由于声波波长较大

C.对同一列波，缝、孔或障碍物越大，衍射现象越明显

D.只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象

答案：3.

解析：3.衍射是波特有的现象，一切波都能发生衍射现象， 、 错误；波长越长，衍射现象越明显， 正确；对同一列波，缝、孔或障碍物越大，衍射现象越不明显， 错误。

4.在空旷的广场上有一堵较高大的墙 ，墙的一侧 点有一个正在播放男女声合唱歌曲的声源。某人从图中 点走到墙后的 点，在此过程中，如果从声波的衍射来考虑，则会听到(      )

A.声音变响，男声比女声更响

B.声音变响，女声比男声更响

C.声音变弱，男声比女声更弱

D.声音变弱，女声比男声更弱

答案：4.

解析：4.由于 很高大，故衍射现象比较弱，由于女声音调更高，波长更小，所以衍射更不明显。