2024年高中物理新教材（人教版2019）同步精品讲义选择性必修第一册第3章 3　波的反射、折射和衍射含解析

3.0 envi 2024-12-31 4 4 1.37MB 11 页 3知币

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波的反射、折射和衍射

[学习目标]　1.了解波的反射和折射现象，知道波的反射和折射规律(难点)。2.知道波的衍射

现象和波发生明显衍射的条件(重点)。

一、波的反射和折射

1．波的反射

(1)反射现象：波遇到介质界面(如水波遇到挡板)时会返回原介质继续传播的现象。

(2)反射规律：反射线、法线与入射线在同一平面内，反射线与入射线分居法线两侧，反射

角等于入射角。

2．波的折射

(1)波的折射：光从一种介质进入另一种介质时会发生折射，同样，其他波从一种介质进入

另一种介质时也发生折射。

(2)水波的折射：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。

1．在波的反射和折射现象中，反射波与入射波、折射波与入射波的频率相同吗？波长相同

吗？

答案　在波的反射和折射现象中，反射波和入射波的频率都与波源的频率相同；反射现象是

在同种介质中传播，波速相同，由 v ＝λf 可知，波长也相同，而折射现象是在不同介质中

传播，波速不同，波长也不同。

2．波在发生折射过程中，方向一定改变吗？

答案　不一定，如果入射波垂直于交界面时，传播方向保持不变。

波的反射和折射中各物理量的变化

(1)波的频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是

折射，波的频率是不改变的。

(2)波速是由介质决定的，波反射时是在同一均匀介质中传播，因此波速不变，波折射时是

在不同介质中传播，因此波速改变。

(3)波长是由频率和波速共同决定的，即在波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据

公式 λ＝可知波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由 λ＝可知波长

变长，反之变短。

例1　一列声波在介质Ⅰ中的波长为 0.2 m。当该声波从介质Ⅰ中以某一角度传入介质Ⅱ中

时，波长变为 0.6 m，如图所示，若介质Ⅰ中的声速是 340 m/s。

(1)求该声波在介质Ⅱ中传播时的频率；

(2)求该声波在介质Ⅱ中传播的速度；

(3)若另一种声波在介质Ⅱ中的传播速度为 1 400 m/s，按图中的方向从介质Ⅰ射入介质Ⅱ中，

求它在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的频率之比。

答案　(1)1 700 Hz　(2)1 020 m/s　(3)1∶1

解析　(1)声波在介质Ⅰ中传播时，由 v＝λf 得：

f＝＝ Hz＝1 700 Hz。

由于声波在不同介质中传播时，频率不变，所以声波在介质Ⅱ中传播时，频率为 1 700 Hz。

(2)由v＝λf 得声波在介质Ⅱ中的传播速度为 v2＝λ2f＝0.6×1 700 m/s＝1 020 m/s。

(3)同一种声波由介质Ⅰ到介质Ⅱ的过程中，频率不变，故该声波从介质Ⅰ进入介质Ⅱ时，

其频率之比为 1∶1。

例2　某测量员利用回声测距，他站在两平行竖直墙壁间某一位置(不是中间位置)鸣枪，经

过1 s 第一次听到回声，又经过 0.5 s 再次听到回声，已知声速为 340 m/s，则两墙壁间的距

离为多少？

答案　425 m

解析　设两墙壁间的距离为 s，测量员离较近的墙壁的距离为 x，则他离较远的墙壁的距离

为s－x，

第一次听到回声时，2x＝vt1

第二次听到回声时，2(s－x)＝v(t1＋Δt)

其中 Δt＝0.5 s，t1＝1 s，代入数据解得：s＝425 m。

回声测距的三种情况

1.当声源不动时，声波遇到了静止障碍物会被反射回来继续传播，由于反射波与入射波在同

一介质中传播速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下，用的时间相等。

设经过时间 t听到回声，则声源距障碍物的距离为 s＝v声。

2.当声源以速度 v向静止的障碍物运动或障碍物以速度 v向静止的声源运动时，声波遇到障

碍物经时间 t返回，声源发声时障碍物到声源的距离为 s＝(v声＋v)。

3.当声源以速度 v远离静止的障碍物或障碍物以速度 v远离静止的声源时，声波遇到障碍物

经时间 t返回，声源发声时障碍物到声源的距离为 s＝(v声－v)。

针对训练 1　有一辆汽车以 15 m/s 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，此时汽车距山崖的距离有多远？(v声＝340 m/s)

答案　325 m

解析　汽车匀速行驶，速度为 v车＝15 m/s，声音在空气中传播速度不变，汽车从鸣笛到听

到回声，二者运动时间相同，如图所示。

设汽车在 A点鸣笛，A点到山崖 B的距离为 x1，汽车运动到 C点听到回声，设 AC 距离为

x2，CB 距离为 x，因二者运动时间相同，则有 x1＝x2＋x①

x1＋x＝v声t②

x2＝v车t③

联立①②③得 x＝325 m。

二、波的衍射

如图所示是一个可观察水波衍射的发波水槽，振源的频率是可以调节的，槽中放置两块可移

动的挡板形成宽度可调节的小孔，观察水波的传播，也可以在水槽中放置宽度不同的挡板，

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