3-3波的反射、折射和衍射(人教版2019選擇性必修第一冊)(解析版)

第三章機械波第3節(jié)波的反射、折射和衍射重點+難點核心素養(yǎng)解讀1.理解波的衍射現(xiàn)象．2．波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件3.能夠?qū)Ρ妊苌涞奶攸c，解決有關問題．1．知道波傳播到兩種介質(zhì)的界面時會發(fā)生反射、折射現(xiàn)象．2．知道波的衍射現(xiàn)象及波發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件．3．知道衍射是波特有的現(xiàn)象．知識點一波的反射1．反射現(xiàn)象：波遇到介質(zhì)界面(如水波遇到擋板)時會返回原介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象．2．反射規(guī)律：反射線、法線與入射線在同一平面內(nèi)，反射線與入射線分居法線兩側，反射角等于入射角.知識點二波的折射1．波的折射：光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時會發(fā)生折射，同樣，其他波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時也發(fā)生折射.2．水波的折射：一列水波在深度不同的水域傳播時，在交界面處將發(fā)生折射.知識點三波的衍射1．波的衍射：波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象.2．發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：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(xiàn)象.3．波的衍射的普遍性：一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象.易錯易混點一波的反射和折射易錯易混點1.1對波的反射和折射認識不清。例1．圖中1、2、3分別代表入射線、反射線、折射線，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【答案】D【解析】波線1、2都在介質(zhì)a中，故1、2的頻率、波速、波長均相等，A、B錯；波線1、3是在兩種不同介質(zhì)中，波速不同，但波源沒變，因而頻率相等，波速改變，由λ＝eq\f(v,f)得波長改變，故C錯，D對．易錯易混點1.1剖析1．波的反射遵從反射規(guī)律，即入射線、反射線及法線位于同一平面內(nèi)，入射線、反射線分別位于法線的兩側，反射角等于入射角．2．波的反射和折射中各物理量的變化(1)波的頻率是由振源決定的，介質(zhì)中各個質(zhì)點的振動都是受迫振動，因此不論是反射還是折射，波的頻率是不改變的．(2)波速是由介質(zhì)決定的，波反射時是在同一均勻介質(zhì)中傳播，因此波速不變，波折射時是在不同介質(zhì)中傳播，因此波速改變．(3)波長是由頻率和波速共同決定的，即在波的反射中，由于波的頻率和波速均不變，根據(jù)公式λ＝eq\f(v,f)可知波長不改變；在波的折射中，當進入新的介質(zhì)中波速增大時，由λ＝eq\f(v,f)可知波長變長，反之變短．易錯易混點1.2對回聲測距方法認識不清。例2．某測量員利用回聲測距，他站在兩平行豎直墻壁間某一位置(不是中間位置)鳴槍，經(jīng)過1s第一次聽到回聲，又經(jīng)過0.5s再次聽到回聲，已知聲速為340m/s，則兩墻壁間的距離為多少？【答案】425m【解析】設兩墻壁間的距離為s，測量員離較近的墻壁的距離為x，則他離較遠的墻壁的距離為s－x，第一次聽到回聲時，2x＝vt1第二次聽到回聲時，2(s－x)＝v(t1＋Δt)其中Δt＝0.5s，t1＝1s，代入數(shù)據(jù)解得：s＝425m.易錯易混點1.2剖析回聲測距的三種情況1．當聲源不動時，聲波遇到了障礙物后會返回繼續(xù)傳播，反射波與入射波在同一介質(zhì)中傳播速度相同，因此，入射波和反射波在傳播距離一樣的情況下用的時間相等，設經(jīng)時間t聽到回聲，則聲源到障礙物的距離為s＝v聲·eq\f(t,2).2．當聲源以速度v向靜止的障礙物運動或障礙物以速度v向靜止的聲源運動時，聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為s＝(v聲＋v)·eq\f(t,2).3．當聲源以速度v遠離靜止的障礙物或障礙物以速度v遠離靜止的聲源時，聲源發(fā)聲時障礙物到聲源的距離為s＝(v聲－v)·eq\f(t,2).易錯易混點二波的衍射易錯易混點2.1對發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件認識不清例3．(多選)如圖所示是觀察水波衍射的實驗裝置．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(qū)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，則關于波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列描述正確的是()A．此時能觀察到波明顯的衍射現(xiàn)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(xiàn)象D．如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能觀察到更明顯的衍射現(xiàn)象【答案】ABC【解析】觀察題圖可知孔的尺寸與波長差不多，能觀察到波明顯的衍射現(xiàn)象，故A對；因波的傳播速度不變，頻率不變，故波長不變，即擋板前后波紋間距離相等，故B對；若將孔AB擴大，且孔的尺寸大于波長，則可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象，故C對；若f增大，由λ＝eq\f(v,f)，知λ變小，衍射現(xiàn)象變得不明顯了，故D錯．易錯易混點2.1剖析1．衍射是波特有的現(xiàn)象，一切波都可以發(fā)生衍射．衍射只有“明顯”與“不明顯”之分，障礙物或小孔的尺寸跟波長差不多，或比波長小，是產(chǎn)生明顯衍射的條件．2．聲波波長較長，一般為1.7cm～17m.3．波的直線傳播只是在衍射不明顯時的近似情況．針對訓練1．觀察水面波衍射的實驗裝置如圖所示，O是波源，AC和BD是兩塊擋板，AB是兩塊擋板間的空隙，圖中已畫出波源所在區(qū)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，關于波經(jīng)過空隙之后的傳播情況，下列說法正確的是（）A．擋板前相鄰波紋間距大于擋板后相鄰波紋間距B．此時能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象C．兩擋板AB間空隙增大10倍，衍射現(xiàn)象會更明顯D．波源振動頻率增大10倍，衍射現(xiàn)象會更明顯【答案】B【解析】A．波通過孔后，波速、頻率、波長不變，則擋板前后波紋間的距離相等。故A錯誤；B．因為波長與孔的尺寸差不多，所以能夠觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。故B正確；C．如果將孔AB增大，孔的尺寸會大于波的波長，不能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。故C錯誤；D．如果孔的大小不變，使波源頻率增大，因為波速不變，根據(jù)可知波長減小，可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象。故D錯誤。故選B。2．下列現(xiàn)象或事實屬于衍射現(xiàn)象的是（

）A．風從窗戶吹進來B．雪堆積在背風的屋后C．水波前進方向上遇到凸出在水面上的小石塊，小石塊對波的傳播沒有影響D．晚上看到水中月亮的倒影【答案】C【解析】波在傳播過程中偏離直線傳播繞過障礙物的現(xiàn)象稱為波的衍射。故C與衍射現(xiàn)象相符，而看到水中月亮的倒影是光的反射現(xiàn)象，故C正確，ABD錯誤。故選C。3．如圖所示，圓形實線是波源O在水槽里產(chǎn)生的水波的波峰，下列說法正確的是（）A．水波只要進入∠CAE和∠DBF區(qū)域就叫波的衍射B．水波只要進入∠CAA′和∠DBB′區(qū)域就叫波的衍射C．水波必須充滿∠CAE和∠DBF區(qū)域才叫波的衍射D．水波必須充滿∠CAA′和∠DBB′區(qū)域才叫波的衍射【答案】B【解析】根據(jù)衍射定義，水波進入陰影以外兩側的區(qū)域叫做波的衍射，不一定非得繞到障礙物后面的每一點。故選B。4．下列說法中正確的是(

)A．水波是球面波B．聲波是球面波C．只有橫波才能形成球面波D．只有縱波才能形成球面波【答案】B【解析】該題考查了波面，根據(jù)球面波的定義可知：若波面是球面則為球面波，與橫波、縱波無關，由此可知B正確．由于水波不能在空間中傳播，所以它不是球面波，A不正確。故選B。5．一列水波由深水區(qū)進入淺水區(qū)，入射波與界面夾角為45°，折射波與界面夾角為60°，則下列說法正確的是（）A．波在深水區(qū)與淺水區(qū)的波速相同，頻率不同，波長不同B．波在淺水區(qū)與深水區(qū)中傳播時，波速、頻率、波長都相同C．深水區(qū)中的波速、波長比淺水區(qū)中小D．深水區(qū)中的波速、波長比淺水區(qū)中大【答案】D【解析】波由深水區(qū)進入淺水區(qū)，頻率不變，而波與界面的夾角由45°變?yōu)?0°，如圖所示。當波線a到達界面A點，設b波線剛好到達B點，此時AB與波線垂直，剛好在同一波面上，設經(jīng)Δt，b光線也剛到達界面上B′點，此時a波已在淺水區(qū)傳到A′處，B′A′剛好也是波面，且與波線垂直，由波線與界面的夾角知BB′>AA′，設該波在深水區(qū)的波速為v1，在淺水區(qū)波速為v2，則BB′=v1·Δt，AA′=v2·Δt所以有v1>v2由v=λf知λ1>λ2故選D。6．如圖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(qū)域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋（圖中曲線）間的距離表示一個波長，則波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列說法中正確的是（

）A．此時能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象B．如果將孔AB縮小，經(jīng)過孔以后的波紋間的距離會變小C．如果將孔AB縮小，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象D．如果孔的大小不變，波源的頻率增大，將能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象【答案】A【解析】A.因為波長與孔的尺寸差不多，所以能夠觀察到明顯的衍射現(xiàn)象．故A正確；B.如果將孔AB縮小，經(jīng)過孔以后的波紋間的距離不變，距離與小孔大小無關．故B錯誤；C.如果將孔AB縮小，孔的尺寸小于波的波長，能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象．故C錯誤；;D.如果孔的大小不變，使波源頻率增大，因為波速不變，根據(jù)知，波長減小，可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象．故D錯誤；7．觀察水面波衍射的實驗裝置如圖所示，CA、BD是擋板，它們之間有一個縫，S是波源，相鄰兩波紋之間的距離表示一個波長。則波穿過縫之后A．波紋間距變大 B．波的振幅變大C．觀察不到衍射現(xiàn)象 D．偏離直線傳播路徑【答案】D【解析】AB．波穿過AB縫之后發(fā)生衍射；但是波的周期不變，因波速不變，可知波長不變，即波紋間距不變，波的振幅不變，選項AB錯誤；C．因波長不變，則波能繞過縫之后仍能觀察到衍射現(xiàn)象，選項C錯誤；D．波發(fā)生衍射后將偏離直線傳播路徑，選項

D正確；故選D.8．如圖所示，甲為沿x軸傳播的一列簡諧橫波在t=0時刻的波動圖像，乙圖為參與波動質(zhì)點P的振動圖像，則下列判斷正確的是（）A．該波的傳播速率為8m/sB．該波的傳播方向沿x軸正方向C．該波在傳播過程中若遇到3m的障礙物，能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象D．經(jīng)過0.5s時間，質(zhì)點P沿波的傳播方向向前傳播2m【答案】C【解析】A．該波的傳播速率為選項A錯誤；B．在t=0時刻質(zhì)點P向下振動，結合波形圖可知，該波的傳播方向沿x軸負方向，選項B錯誤；C．因該波的波長為4m，則該波在傳播過程中若遇到3m的障礙物，能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，選項C正確；D．機械波傳播的過程中，質(zhì)點只在自己平衡位置附近振動，而不隨波遷移，選項D錯誤。故選C。9．（多選）如圖甲所示，一列簡諧橫波沿x軸傳播，t時刻的波形圖如圖甲所示，質(zhì)點A從t＋0.3s時刻開始計時，振動圖像如圖乙所示，若設＋y方向為振動正方向，則下列說法中正確的是（

）A．該簡諧橫波沿x軸正方向傳播B．該簡諧橫波波速為10m/sC．若該波發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，則該波所遇到的障礙物或孔的尺寸定比4m大得多D．在t＋0.5s時刻，質(zhì)點A的加速度比質(zhì)點B的大【答案】BD【解析】A．由圖乙可知t＋0.3s時刻，質(zhì)點A位于y軸正方向最高點，質(zhì)點振動周期為0.4s，可知A處于平衡位置且速度沿y軸負方向，根據(jù)同側法可知，波沿x軸負方向傳播，故A錯誤；B．由圖可知波長為4m，故故B正確；C．根據(jù)衍射條件可知，當障礙物或孔的尺寸根波長差不多時，或者比波長更小時才能看到明顯衍射現(xiàn)象，故C錯誤；D．從t到t＋0.5s時刻，經(jīng)歷時間在t＋0.5s時刻，質(zhì)點A到達波谷，質(zhì)點B到達平衡位置，可知質(zhì)點A的位移較大，加速度較大，故D正確。故選BD。10．（多選）下列說法正確的是()A．入射波面與法線的夾角為入射角 B．入射波面與界面的夾角為入射角C．入射波線與法線的夾角為入射角 D．入射角跟反射角相等【答案】CD【解析】入射波線與法線的夾角為入射角，而反射光線與法線的夾角為反射角，在波的反射中，入射角和反射夾相等，故CD正確，AB錯誤；故選CD．11．（多選）以下關于波的認識，正確的是（）A．潛艇利用聲吶探測周圍物體的分布情況，用的是波的反射原理B．隱形飛機怪異的外形及表面涂特殊隱形物質(zhì)，是為了減少波的反射，從而達到隱形的目的C．超聲波雷達的工作原理是利用波的折射D．水波從深水區(qū)傳到淺水區(qū)改