3.3 波的反射、折射和衍射-2021-2022学年高二物理精讲精练（人教版2019选择性必修第一册）

3.3 波的反射、折射和衍射 考点精讲 考点1：波的反射和折射 　波向前传播在两种介质的界面上可以同时发生反射和折射现象，一些物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 【点拨】（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a.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t时间 【解析】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＝.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＝＝2a，故第二声枪响传到乙耳中的时间为t′＝＝＝2t. 【技巧与方法】 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． 【针对训练】 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＝得f＝ Hz＝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＝1 530× m＝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 考点2：波的衍射 1．发生明显衍射现象的条件 （1）水波遇到障碍物的情况 当障碍物较小时发现波绕过障碍物继续前进，如同障碍物不存在一样．如图甲所示，衍射现象明显． 甲　　　　　　乙 （2）水波遇到小孔的情况 当孔较小时发现孔后的整个区域里传播着以孔为中心的圆形波．如图乙所示，衍射现象明显． （3）产生明显衍射的条件 产生明显衍射现象，必须具备一定的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小，或者跟波长相差不多． 【点拨】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明显衍射现象． 2．波的衍射现象分析 波传到小孔(或障碍物)时，小孔(或障碍物)仿佛是一个新的波源，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．波的直线传播是衍射不明显时的近似情形． 【例2】　(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，能更明显地观察到衍射现象 【解析】ABC　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，又因为波的频率是一定的，又根据λ＝可得波长λ没有变化，选项B正确；当将孔扩大后，孔的宽度和波长有可能不满足发生明显衍射的条件，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，孔的宽度将比波长大，孔的宽度和波长有可能不满足发生明显衍射现象的