物理选择性必修 第一册3 波的反射、折射和衍射习题

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学习目标
02
预习导学
（一）课前阅读：
水波、声波、回声、光的折射、光的反射
衍射最早是由弗朗西斯科·格里马第（Francesc Grimaldi）于1665年发现并加以描述，他也是“衍射”一词的创始人。这个词源于拉丁语词汇diffringere，意为“成为碎片”，即波原来的传播方向被“打碎”、弯散至不同的方向。格里马第观察到的现象直到1665年才被发表，这时他已经去世。他提出光不仅会沿直线传播、折射和反射，还能够以第四种方式传播，即通过衍射的形式传播。
（二）基础梳理
（三）预习作业
1．关于波的反射与折射，下列说法正确的是( )
A．入射波的波长一定等于反射波的波长，其频率不变
B．入射波的波长一定小于反射波的波长，其频率不变
C．入射波的波长一定大于折射波的波长，其频率不变
D．入射波的波长一定小于折射波的波长，其频率不变
答案 A
2．（多选）下列现象属于波的衍射现象的是( )
A.隔墙有耳
B.空山不见人,但闻人语响
C.余音绕梁,三日而不绝
D.夏日雷声轰鸣不绝
答案：AB
解析：“余音绕梁,三日而不绝”和“夏日雷声轰鸣不绝”主要是由声音的反射引起的,不属于波的衍射现象。“隔墙有耳”和“空山不见人,但闻人语响”属于波的衍射现象。
03
探究提升
环节一 波的反射和折射
思考：1．甲、乙两人平行站在一堵墙前面，二人相距，距离墙均为，当甲开了一枪后，乙在时间t后听到第一声枪响，则乙听到第二声枪响的时间为( )
A.听不到B.甲开枪后C.甲开枪后D.甲开枪后
答案：C
解析：乙听到的第一声枪响必然是甲放枪的声音直接传到乙的耳中，故。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墙反射的枪声，由反射定律可知，波线如图中和，由几何关系可得，故第二声枪响传到乙的耳中的时间为，故C正确。
2．（多选）以下关于波的认识，正确的是( )
A．潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理
B．隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊隐形物质，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的
C．雷达的工作原理是利用波的干涉
D．水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象
答案 ABD
环节二 波的衍射
问题探究1：（多选）图中S为在水面上振动的波源，M、N是水面上的两块挡块，其中N板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水没有振动，为使A处水也能发生振动，可采用的方法是( )
A．使波源的频率增大
B．使波源的频率减小
C．移动N使狭缝的间距增大
D．移动N使狭缝的间距减小
答案 BD
解析 使孔满足明显衍射的条件即可，或将孔变小，或将波长变大，B、D正确．
环节三 声波
问题探究2：（多选）下述关于声波的传播速度中正确的说法是（ ）
A．声波的频率越高，传播速度越大 B．声波振幅越大，传播速度越大
C．声波传播速度只由介质决定 D．在空气中声速约是340m／s
答案：CD
04
体系构建
碰到界面，反射和折射；碰到障碍物，衍射。
05
记忆清单
一、波的反射和折射
★学习聚焦：注意频率、波速和波长的变化
二、波的衍射
★学习聚焦：注意明显衍射的条件
如图所示,正中O是水面上一波源,实、虚线分别表示该时刻的波峰、波谷,A是挡板,B是小孔,经过一段时间,水面上的波形将分布于( )
A.整个区域 B.阴影Ⅰ以外区域
C.阴影Ⅱ以外区域 D.没有阴影的区域
答案：B
解析：从图中可以看出挡板A比波长大得多,因此波不会绕过挡板A,而小孔B的大小与波长差不多,能发生明显的衍射现象,故B正确。
三、声波
★学习聚焦：注意可闻声波的波长范围
0601
强化训练
1．下列说法正确的是（ ）
A．只有横波能发生衍射，纵波不能发生衍射
B．当波长比孔的宽度小得越多时，波的衍射越明显
C．声波能发生衍射现象，光不能发生衍射现象
D．声波易发生明显的衍射现象，光不易发生明显的衍射现象
答案：D
2．（多选）下列说法中正确的是（ ）
A．衍射是一切波特有的现象
B．障碍物或孔越大越易产生衍射
C．在空旷的山谷里叫喊，可以听到回音，这是声波的衍射现象
D．在空旷的山谷里叫喊，可以听到回音，这是声音的反射现象
答案：AD
3.（多选）如图所示为水波的衍射现象,S为波源,d为挡板上的小孔宽度,相邻弧线间距为一个波长,其中符合事实的是( )
答案：BC
解析：选项A、B中小孔宽度大于波长,衍射现象不明显,挡板会阻碍波的传播,故A不符合事实、B符合事实;选项C、D中小孔宽度小于波长,衍射现象明显,但穿过小孔后波速和频率不变,波长应不变,故C符合事实,D不符合事实。
4.如图所示,P为桥墩,A为靠近桥墩浮在水面的叶片,波源S连续振动,形成水波,此时叶片A静止不动。为使水波能带动叶片振动,可用的方法是( )
A.增加波源距桥墩的距离
B.减小波源距桥墩的距离
C.提高波源的振动频率
D.降低波源的振动频率
答案：D
解析：为使水波能带动叶片振动,则要使得水波发生明显的衍射,根据发生明显衍射的条件可知,增加或减小波源距桥墩的距离,都不可行,选项A、B错误;S振动时,水波中的质点上下振动,形成的波向前传播,提高波源的振动频率,则质点振动的频率增加,波的频率与振动的频率相等,根据λ=vf,波速不变,频率增大,波长减小,衍射现象不明显,反之,降低频率,波长增大,衍射现象更明显,故C错误,D正确。故选D。
5.在用水波槽做衍射实验时，若打击水面的振子振动频率是5Hz，水波在水槽中的传播速度为0.05rn／s，为观察到明显的衍射现象，小孔的直径d应为（ ）
A．10cmB．50cm C．d＞10cm D．d＜1cm
答案：D
6．有一障碍物的高度为10m，下列波衍射现象最朋显的是（ ）
A．波长为40m的波 B．波长为9.9m的波
C．频率为40Hz的声波 D．频率为5000MHz的电磁波（v＝3.0×108m／s）
答案：A
7．在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN，墙的一侧O点有一个正在播放男女声合唱歌曲的声源。某人从图中A点走到墙后的B点，在此过程中，如果从声波的衍射来考虑，则会听到( )
A．声音变响，男声比女声更响
B．声音变响，女声比男声更响
C．声音变弱，男声比女声更弱
D．声音变弱，女声比男声更弱
答案：D
8．（多选）下列事实属于明显的衍射现象的是( )
A．池塘里的水波，遇到突出水面的小石块，小石块对波的传播没有影响
B．水波前进方向上有一障碍物，其后面没有水波传播过去
C．水波前进方向上有一个小孔的屏，水波通过小孔传播到屏后的区域
D．板胡的声音比弦声更响
答案：AC
9.（多选）如图所示,一小型渔港的防波堤两端M、N相距约60 m,在防波堤后A、B两处有两条小船进港躲避风浪。某次海啸引起的波浪沿垂直于防波堤的方向向防波堤传播,下列说法中正确的有( )
A.假设波浪的波长约为10 m,则A、B两处小船基本上不受波浪影响
B.假设波浪的波长约为10 m,则A、B两处小船明显受到波浪影响
C.假设波浪的波长约为50 m,则A、B两处小船基本上不受波浪影响
D.假设波浪的波长约为50 m,则A、B两处小船明显受到波浪影响
答案：AD
解析：A、B两处小船明显受到波浪影响是因为水波发生明显的衍射,波浪能传播到A、B处。当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长差不多的时候,会发生明显的衍射现象。
10．一声波在空气中的波长为25cm，速度为340m/s，当折射进入另一种介质时，波长变为80cm，求：
(1)声波在这种介质中的频率；
(2)声波在这种介质中的传播速度大小．
答案 (1)1360Hz (2)1088m/s
11.甲、乙二人分乘两只船在湖中钓鱼，两船相距24 m，有一列水波在湖面上传播，使每只船每分钟上下浮动10次，当甲船位于波峰时，乙船位于波谷，这时两船之间还有一个波峰，则此水波的波长为多少？波速为多少？若此波在传播过程中遇到一根竖立的电线杆，是否会发生明显的衍射现象？
答案：（λ=16 m v= 8/3m/s 会发生明显的衍射现象）
12.测速仪安装有超声波发射和接收装置，如图所示，B为测速仪，A为汽车，两者相距335 m．某时刻B发出超声波，同时A由静止开始做匀加速直线运动．当B接收到反射回来的超声波信号时A、B相距355 m，已知声速为340 m/s，则下列说法正确的是( )
A．经1 s，B接收到返回的超声波
B．超声波追上A车时，A车前进了10 m
C．A车加速度的大小为10 m/s2
D．A车加速度的大小为5 m/s2
答案 C
解析 从B发出超声波到接收到超声波过程中，汽车A的运动情况如图所示：
B发出超声波时，小车在C位置
小车反射超声波时，小车在D位置
B接收到超声波时，小车在E位置
经分析可知：tCD＝tDE，xCE＝20 m
由运动学规律得xCD∶xDE＝1∶3
所以xCD＝5 m，xDE＝15 m，tCD＝eq \f(335＋5,340) s＝1 s
可见B接收到返回的超声波需2 s.
对小车A：Δx＝ateq \\al( 2,CD)
所以a＝10 m/s2
由以上可知只有选项C正确．
13.根据波的反射和折射原理，以下说法正确的是（ ）
A．声波从空气传到平静的湖面上，声波在水面处只发生反射
B．声波从空气传到平静的湖面上，声波在水面处只发生折射
C．声波从空气传到平静的湖面上时既发生反射又发生折射
D．声波从空气传到平静的湖面上时既不发生反射又不发生折射
答案：C课程标准
学习目标
知道波的反射和折射现象。通过实验，了解波的衍射现象。
1．通过水波或声波观察波的反射、折射和衍射现象。
2．认识衍射是波特有的现象。
3．知道明显衍射的条件。
一、波的反射和折射
（一）定义：波从一种介质射向另一种介质时，在界面处一般要分开，一部分进入另一种介质，叫做 ；一部分返回原介质中，叫做 。
（二）反射后，频率、波速、波长均未发生变化；折射后，频率 ，波速、波长 。
答案：（一）定义：波从一种介质射向另一种介质时，在界面处一般要分开，一部分进入另一种介质，叫做波的折射；一部分返回原介质中，叫做波的反射。
（二）反射后，频率、波速、波长均未发生变化；折射后，频率不变，波速、波长发生变化。
【概念衔接】回声、光的反射、光的折射
【拓展补充】机械波的反射和折射规律与光的反射和折射规律类似
【即学即练】1.一只汽船以的速度在无风河面上航行，船上发出声鸣笛，旅客在后听到前方悬崖反射回来的声音，已知声音在空气中的传播速度为。则悬崖离汽船鸣笛时的位置有多远。
答案：
2．一列声波由空气传到水中（ ）
A．频率不变，波长变小 B．频率不变，波长变大
C．频率变小，波长变长 D．频率变大，波长变大
答案：B
【微点拨】反射经常考查回声的应用
二、波的衍射
1．波的衍射现象：波能 障碍物继续传播的现象，产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长
相差 或者 波长．
2．一切波都能发生 ，它是波特有的现象．
3．如图所示是不同频率的水波通过相同的小孔所能到达区域的示意图， 情况中水波的频率最大； 情况中水波的频率最小．
答案：1．波的衍射现象：波能绕过障碍物继续传播的现象，产生明显衍射现象的条件是缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不大或者小于波长．
2．一切波都能发生衍射，它是波特有的现象．
3．c ；a
【概念衔接】障碍物、绕
【拓展补充】衍射现象的两点提醒
(1)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，波长越大越易发生明显的衍射现象。
(2)当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但衍射波的能量很弱，也很难观察到波的衍射。
【即学即练】1.判断题
（1）孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象．( )
（2）孔的尺寸比波长小能观察到明显的衍射现象．( )
（3）超声波比普通声波的波长小．( )
答案：（1）孔的尺寸比波长大得多时就不会发生衍射现象．(×)
（2）孔的尺寸比波长小能观察到明显的衍射现象．(√)
（3）超声波比普通声波的波长小．(√)
2.（多选）如图所示，当波源和障碍物都静止不动时，波源发出的波在障碍物处不能发生明显衍射.下列措施可能使波发生较为明显衍射的是( )
A.增大波源的振动频率
B.减小波源的振动频率
C.增大障碍物的长度
D.减小障碍物的长度
答案 BD
解析 不能发生明显衍射的原因是障碍物的长度远大于波长，则增大波长或减小障碍物的长度可能使波发生较为明显的衍射，选项C错误，D正确；由λ＝eq \f(v,f)知，v不变，减小f，λ增大，选项A错误，B正确.
【微点拨】注意相差不大的理解
三、声波
可闻声波，空气中的波长为 。
答案：可闻声波，空气中的波长为1.7cm——17m。
【概念衔接】波源、水波、频率、波速、波长
【拓展补充】超声波与次声波
次声波的特点是来源广、传播远、能够绕过障碍物传得很远。次声的声波频率很低，在20Hz以下，波长却很长，传播距离也很远。它比一般的声波、光波和无线电波都要传得远。例如，频率低于1Hz的次声波，可以传到几千以至上万千米以外的地方。次声波具有极强的穿透力，不仅可以穿透大气、海水、土壤，而且还能穿透坚固的钢筋水泥构成的建筑物，甚至连坦克、军舰、潜艇和飞机都不在话下。次声波的传播速度和可闻声波相同，由于次声波频率很低。大气对其吸收甚小，当次声波传播几千千米时，其吸收还不到万分之几，所以它传播的距离较远，能传到几千米至十几万千米以外。1883年8月，南苏门答腊岛和爪哇岛之间的克拉卡托火山爆发，产生的次声波绕地球三圈，全长十多万公里，历时108小时。1961年，苏联在北极圈内新地岛进行核试验激起的次声波绕地球转了5圈。7000Hz的声波用一张纸即可阻挡，而7Hz的次声波可以穿透十几米厚的钢筋混凝土。地震或核爆炸所产生的次声波可将岸上的房屋摧毁。次声如果和周围物体发生共振，能放出相当大的能量。如4Hz-8Hz的次声能在人的腹腔里产生共振，可使心脏出现强烈共振和肺壁受损。
【即学即练】1．已知空气中的声速为340 m/s。现有几种声波:①周期为1/20 s;②频率为104 Hz;③波长为10 m。它们传播时若遇到宽约为13 m的障碍物,能产生明显的衍射现象的是( )
A.①和②B.②和③
C.①和③D.都可以
答案：C
解析：周期为 1/20 s的声波的波长为λ1=vT=17 m;由公式v=λf得频率为104 Hz的声波的波长为λ2=0.034 m,发生明显衍射的条件是孔径、障碍物的尺寸小于波长或者与波长相差不大,故①能产生明显的衍射现象,②不能产生明显的衍射现象。波长为10 m的声波与宽度为13 m 的障碍物尺寸相差不大,故③能产生明显的衍射现象。因此,能产生明显的衍射现象的是①和③,故C正确,A、B、D错误。