高二物理【波的反射、折射和衍射】

3．波的反射、折射和衍射

学习目标：

1.知道什么是波的反射、折射和衍射现象，知道发生明显衍射现象的条件．

2.知道波发生反射现象时，反射角等于入射角．掌握入射角与折射角关系．

3.了解波的衍射在生活中的应用，感受物理与生活之间的联系．

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．反射角和入射角

(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．

三、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．

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)入射波的波线与界面的夹角叫入射角．(×)

(2)入射波的波长和反射波的波长相等．(√)

(3)孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象．(×)

(4)衍射是波的特有现象．(√)

2．(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．波发生反射时频率、波长、波速均不变

C．波发生折射时的频率不变，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

BC[波发生反射时因介质未变，故频率、波长、波速均不变；波发生折射时因波源不变而介质变，故频率不变，波长和波速均发生变化．B、C两项正确．] 3．(多选)一列波在传播过程中通过一个障碍物，发生了一定程度的衍射，以下哪种情况可以使衍射现象更明显()

A．增大障碍物的尺寸

B．减小波的频率

C．缩小障碍物的尺寸

D．增大波的频率

BC[波在介质中传播时波速是由介质决定的，与波的频率无关，所以改变波的频率不会改变波速，但由v＝λf可知，当波速一定时，减小频率则波长增大．而发生明显衍射的条件是障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多，要使衍射现象变得明显，可以通过缩小障碍物的尺寸，同时增大波长即减小波的频率来实现，BC选项正确．]

波的反射和折射

(a)(b)

如图(a)在水槽中，点波源所发出的圆形水波遇直线界面反射后的波形仍为同心圆形．图(b)为圆形波反射的示意图．请举例说明生活中波的反射现象．提示：①回声是声波的反射现象，原因是：对着山崖或高墙说话，声波传到山崖或高墙时，会被反射回来继续传播．

②夏日的雷声轰鸣不绝，原因是：声波在云层界面多次反射．

③在空房间里讲话声音更响亮，原因是：声波在房间里遇到墙壁、地面或天花板发生反射时，由于距离近，原声与回声几乎同时到达人耳．人耳只能区分相差0.1 s以上的声音，所以人在房间里讲话感觉声音比在空旷处大．如果房间里有幔帐、地毯、衣物等，它们会吸收声波，从而使声音减弱．

理量也会相应发生变化，比较如下：

波的反射波的折射

传播方向改变，θ

反＝θ

入

改变，θ

折

≠θ

入

频率f 不变不变

波速v不变改变

波长λ不变改变

名师点睛：(1)频率(f)由波源决定：故无论是反射波还是折射波都与入射波的频率相等，即波源的振动频率相同．

(2)波速(v)由介质决定：故反射波与入射波在同一介质中传播，波速不变，折射波与入射波在不同介质中传播，波速变化．

(3)据v＝λf知，波长λ与波速和频率有关．反射波与入射波，频率同、波速同，故波长相同，折射波与入射波在不同介质中传播，频率同，波速不同，故波长不同．

【例1】甲、乙两人站在一堵墙前面，两人相距2a，距墙均为3a.当甲开了一枪后，乙在t时间后听到第一声枪响，则乙在什么时候能听到第二声枪响()

A．听不到B．甲开枪后3t时间

C．甲开枪后2t时间D．甲开枪后3＋7

2t时间

思路点拨：根据反射定律画出声波传播的示意图，再用速度公式求时间．C[乙听到的第一声枪响必然是甲开枪的声音直接传到

乙的耳中，故t＝2a v.甲、乙二人及墙的位置如图所示，乙听

到的第二声枪响必然是经墙反射传来的枪声，由反射定律可

知，波线如图中AC和CB，由几何关系可得AC＝CB＝2a，故第二声枪响传

到乙耳中的时间为t′＝AC＋CB

v

＝4a v＝2t.]

波的反射应用技巧——回声测距

利用回声测距是波的反射的一个重要应用，它的特点是声源正对障碍物，声源发出的声波与回声在同一条直线上传播．

(1)若是一般情况下的反射，反射波和入射波是遵从反射定律的，可用反射定律作图后再求解．

(2)利用回声测距时，要特别注意声源是否运动，若声源运动，声源发出的原声至障碍物再返回至声源的这段时间与声源的运动时间相同．

(3)解决波的反射问题，关键是根据物理情景规范作出几何图形，然后利用

几何知识结合物理规律进行解题．

[跟进训练]

1．某物体发出的声音在空气中的波长为1 m，波速为340 m/s，在海水中的波长为4.5 m.

(1)该波的频率为________Hz，在海水中的波速为________ m/s.

(2)若物体在海面上发出的声音经过0.5 s听到回声，则海水深为多少？

(3)若物体以5 m/s的速度由海面向海底运动，则经过多长时间听到回声？

[解析](1)由f＝v

λ

得f＝340

1Hz＝340 Hz，

因波的频率不变，则在海水中的波速为

v海＝λ′f＝4.5×340 m/s＝1 530 m/s.

(2)入射声波和反射声波用时相同，则海水深为

h＝v海t

2＝1 530×0.5

2m＝382.5 m.

(3)物体与声音运动的过程示意图如图所示，设听到回声的时间为t′，则v

物t′＋v海t′＝2h

代入数据解得t′＝0.498 s.

[答案](1)340 1 530(2)382.5 m(3)0.498 s

波的衍射

声波能绕过障碍物到达后面，衍射声波有什么特点？