2024-2025年高一物理人教版选择性必修一同步精品讲义3.3 波的反射、折射和衍射（解析版） .docx

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3.3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．掌握反射定律和折射定律。

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。

重点：反射定律、折射规律。

难点：衍射现象。

知识点一、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．反射角与入射角

（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。

如图所示。反射波与折射波在同一介质中传播，介质决定了波速，因此波速不变。波的频率是由波源决定的。因此波的频率也不改变，根据公式λ＝v/f，我们可知波长也不改变。

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。

4.波的反射现象的应用

（1）回声测距：①当声源不动时，声波遇到了障碍物会返回来继续传播，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eq\f(t,2)。

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，声源发声时障碍物到声源的距离为s＝（v声＋v）eq\f(t,2)。

③当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离声源时，声源发声时障碍物到声源的距离s＝（v声－v）eq\f(t,2)。

（2）超声波定位：蝙蝠、海豚能发出超声波，超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来。蝙蝠、海豚就是根据接收到反射回来的超声波来确定障碍物或食物位置，从而确定飞行或游动方向。

（3）波的反射应用技巧：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。

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

（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0.5s听到回声，则海水深为多少？

（3）若物体以5m/s的速度由海面向海底运动，则经过多长时间听到回声？

【答案】（1）3401530（2）382.5m（3）0.498s

【解析】（1）由f＝eq\f(v,λ)得f＝eq\f(340,1)Hz＝340Hz，

因波的频率不变，则在海水中的波速为v海＝λ′f＝4.5×340m/s＝1530m/s。

（2）入射声波和反射声波用时相同，则海水深为h＝v海eq\f(t,2)＝1530×eq\f(0.5,2)m＝382.5m。

（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′＝0.498s。

【题2】某测量员是这样利用回声测距离的：他站在两平行墙壁间某一位置鸣枪，经过1.00s第一次听到回声，又经过0.5s再次听到回声，已知声速为340m/s，则两墙壁间的距离为多少？

【答案】425m

【解析】设测量员离较近的前墙壁的距离为x，则他到后墙壁的距离为（s－x），2x＝vt1，2（s－x）＝vt2＝v（t1＋Δt）

Δt＝0.5s，t1＝1s，t2＝1.5s，代入数据得：s＝425m。

【题3】如图所示，图a是高速公路上用超声波测速仪测量车速的示意图，测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根据发出和接收的信号间的时间差，测出被测物体的速度。图b中P1、P2是测速仪发出的超声波信号，n1，n2分别是P1、P2由汽车反射回来的信号，设测速仪匀速扫描，P1、P2之间的时间间隔Δt＝1.0s，超声波在空气中传播速度是v＝340m/s，若汽车是匀速行驶的，则根据图b可知，汽车在接收到P1、P2两个信号之间的时间内前进的距离是________m，汽车的速度是________m/s。

【答案】17.9m/s

【解析】设汽车在接收到P1、P2两个信号时距测速仪的距离分别为s1、s2

则有：2s1－2s2＝vΔt′其中Δt′＝eq\f(?3.5－0.5?－?4.4－1.7?,3.5－0.5)s＝0.1s

汽车在接收到P1、P2两个