人教版 (2019)选择性必修 第一册波的反射、折射和衍射巩固练习

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基础导学
要点一、波的反射
1.定义：波在传播过程中遇到 障碍物 会返回来继续 传播 的现象，叫波的 反射 。
2.反射规律
(1)反射波的波长、频率、波速都跟 入射波 相同。
(2)入射线(表示波的入射方向)、法线、反射线(表示波的反射方向)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。
3.机械波的频率由 波源 决定，波速由 介质 决定，波长 λ= vf ,因反射波与入射波在同一介质中传播，故频率、波速、波长都 不变 。
要点二、波的折射
1.定义：波从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象叫波的 折射 。
2.一切波都会发生 折射 现象。
3.在波的折射中，波的 频率不改变，波速和 波长 都发生了变化。
要点三、波的衍射
1.定义：波可以绕过 障碍物 继续传播的现象叫波的 衍射 。
2.发生明显衍射的条件：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。波长 较长的波容易发生明显衍射。
3.一切波都能发生 衍射 ， 衍射 是波特有的现象。
(1)一切波都能发生衍射，只是有的 明显 ，有的 不明显 而已。
(2)衍射是波特有的现象，能发生衍射的就是波。
要点突破
突破一：波的反射和折射及应用
1.波向前传播在两介质的界面上同时发生了反射现象和折射现象，如图所示，一些物理量相应地发生变化，比较如下：

2.说明
(1)波的频率是由波源决定的，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)由v＝λf知，波长是由频率和波速共同决定的.在波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据公式λ＝eq \f(v,f)可知波长不变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由λ＝eq \f(v,f)可知波长变大；反之变小.
突破二：波的衍射
1.波的衍射：波绕过障碍物或小孔继续传播的现象.
2.关于波的衍射的条件：应该说衍射是没有条件的，衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射.衍射只有“明显”与“不明显”之分，障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多，或比波长小是产生明显衍射的条件.
3.波的衍射实质分析：波传到小孔(障碍物)时，小孔(障碍物)仿佛是一个新波源，由它发出的与原来同频率的波在小孔(障碍物)后传播，就偏离了直线方向.波的直线传播只是在衍射不明显时的近似情况.
典例精析
题型一：波的衍射和产生明显的衍射现象条件
例一．如图所示，甲为沿x轴传播的一列简谐横波在t=0时刻的波动图像，乙图为参与波动质点P的振动图像，则下列判断正确的是（ ）
A．该波的传播速率为8m/s
B．该波的传播方向沿x轴正方向
C．该波在传播过程中若遇到3m的障碍物，能发生明显衍射现象
D．经过0.5s时间，质点P沿波的传播方向向前传播2m
【答案】C
【详解】A．该波的传播速率为
选项A错误；B．在t=0时刻质点P向下振动，结合波形图可知，该波的传播方向沿x轴负方向，选项B错误；C．因该波的波长为4m，则该波在传播过程中若遇到3m的障碍物，能发生明显衍射现象，选项C正确；D．机械波传播的过程中，质点只在自己平衡位置附近振动，而不随波迁移，选项D错误。故选C。
变式迁移1：如图所示，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。不考虑波的反射因素，则再经过一段时间后，关于水面上的波形分布情况，下列说法正确的是（ ）
A．整个区域都分布有水波
B．阴影Ⅰ以外区域分布有水波
C．阴影Ⅱ以外区域分布有水波
D．阴影Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都没有水波
【答案】．B
【详解】
由题图中看出挡板A比波长大很多，故衍射现象不明显，Ⅰ区没有水波；B孔与波长差不多，衍射现象明显，故Ⅱ区、Ⅲ区都有水波，题图中空白区域水波可直接传到。
故选B。
题型二：波在经过小孔和障碍物的时候产生的衍射图像
例二．下列现象不属于波的明显衍射现象的是（ ）
A．“隔墙有耳”B．“空山不见人，但闻人语声”
C．河中芦苇后面没有留下无波的区域D．池中假山前有水波，假山后无水波
【答案】D
【详解】A．“隔墙有耳”是波绕过障碍物继续传播，是声音的衍射现象，故A不符合题意；B．“空山不见人，但闻人语声”，这是障碍物挡住了光，挡不住声音，声音衍射明显，故B不符合题意；C．河中芦苇后面没有留下无波的区域，是水波的明显衍射现象，故C不符合题意；D．池中假山后无水波说明衍射现象不明显，故D符合题意。故选D。
变式迁移2：图中S为在水面上振动的波源，M、N是水面上的两块挡板，其中N板可以上下移动，两板中间有一狭缝，此时测得A处水面没有明显振动，为使A处水面也能发生明显振动，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．在不移动M板的情况下，不能使A处发生明显振动
【答案】．B
【详解】
AB．由题意可知，当减小波源的频率，波长增大；故A错误，B正确.
CD．而波的明显衍射条件为障碍的尺寸比波长小，或相差不大，故移动N使狭缝的距离减小都可以使衍射现象更加明显；故C，D错误.
强化训练
选择题
1．在空旷的广场上有一堵较高大的墙，墙的一侧有一个正在播放男女声合唱歌曲的声源。某人从墙的另一侧远离墙的A点走到靠近墙的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】A
【详解】因为从墙的另一侧远离墙的A点走到靠近墙的B点的过程中，力声源越来越近，则声音变响。而女声频率更高，波长更小，所以衍射现象更不明显，所以男声比女声更响。故选A。
2．牛顿把光看做沿直线前进的“弹丸”、惠更斯把光看做和“水波”一样的机械波，都是运用了（ ）
A．理想化模型法B．类比法
C．控制变量法D．等效替代法
【答案】B
【详解】类比法，是根据两个（或两类）对象之间在某些方面的相同或相似而推出它们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维，从而帮助人们更好地理解某些新现象。例如光和弹丸都有沿直线传播的特点，光和水波一样都具有波动性，故选B。
3．某同学使用如图所示的实验装置观察水面波衍射，AC、BD是挡板，AB是一个孔，O是波源。图中曲线中，每两条相邻波纹之间距离是一个波长，波经过孔之后，下列描述正确的是（ ）
A．不能观察到明显的波的衍射现象
B．挡板前后波纹间距离不相等
C．如果将孔AB扩大，仍可能观察到明显的衍射现象
D．如果孔的大小不变，使波源频率减小，仍能观察到明显的衍射现象
【答案】D
【详解】A．由题图可知，孔的尺寸与水波的波长差不多，故此时能观察到明显的波的衍射现象，故A错误；B．波通过孔后，波速、频率、波长不变，则挡板前后波纹间的距离相等，故B错误；C．如果将孔AB扩大，若孔的尺寸远大于水波的波长，可能观察不到明显的衍射现象，故C错误；D．如果孔的大小不变，使波源频率减小，因为波速不变，根据
知波长增大，仍能观察到明显的衍射现象，故D正确。故选D。
4．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．波源远离障碍物运动
【答案】．B
【解析】波发生明显衍射条件即为当波的波长大于障碍物尺寸或与障碍物尺寸相差不多
A．增大波源的振动频率，由公式可知，波长减小，则波不能发生明显衍射，故A错误；
B．减小波源的振动频率，由公式可知，波长增大，则波可能发生明显衍射，故B正确；
C．增大障碍物的长度，则波不能发生明显衍射，故C错误；
D．波能否发生明显衍射现象与波源和障碍物的相对运动无关，故D错误。
故选B。
5．如图所示，甲为波源，M、N为两块挡板，其中M板固定，N板可移动，两板中间有一狭缝。此时测得乙处点没有振动。为了使乙处点能发生振动，可操作的办法是（ ）
A．增大甲波源的频率
B．减小甲波源的频率
C．将N板竖直向下移动一些
D．将N板水平向右移动一些
【答案】．B
【解析】乙处点没有振动，说明波没有衍射过去，原因是MN间的缝太宽或波长太小，因此若使乙处质点振动，可采用N板上移减小间距或增大波的波长，波速恒定，根据
可知减小甲波源的频率即可，ACD错误，B正确。
故选B。
6．下列说法不正确的是（ ）
A．“会挽雕弓如满月，西北望，射天狼”反映了弹性势能与动能的转化
B．“绿树浓阴夏日长，楼台倒影入池塘。”反映了光的折射现象
C．“墙里秋千墙外道，墙外行人，墙里佳人笑。”反映了声音的衍射现象
D．“白毛浮绿水，红掌拨清波。”反映了与火箭点火起飞一样物理原理
【答案】．B
【解析】A．会挽雕弓如满月，则发生了弹性形变的弓具有一定的弹性势能，释放后，弓的弹性势能转化为箭的动能，故A正确；
B．倒影属于平面镜成像，是由光的反射形成的，故B错误；
C．“墙里秋千墙外道，墙外行人，墙里佳人笑”，说明声音可以绕过墙传播即为声音的衍射现象，故C正确；
D．红掌拨清波即掌划水时水对掌有力的作用使鹅前进，火箭点火起飞时，火箭向下喷气时气体对火箭有向上的作用力使火箭向上运动，即都用到作用力与反作用力的原理，故D正确。
本题选不正确的，故选B。
7．有一障碍物的宽度为10m，下列衍射现象最明显的是( )
A．波长为40m的波
B．波长为9.9m的波
C．频率为40Hz的声波(声速v=340m/s)
D．频率为5000MHz的电磁波(波速v=3.0×108m/s)
【答案】．A
【解析】根据可得：声波波长为8.5m，电磁波的波长为0.06m，由波发生明显衍射的条件可知，波长为40m的波大于障碍物的宽度，其余波长都小于障碍物的尺寸，故选项A正确。
故选A。
8．如图所示，甲为沿x轴传播的一列简谐横波在t＝0时刻的波动图像，乙图为参与波动质点P的振动图像，则下列判断正确的是（ ）
A．该波的传播速率为8m/s
B．该波的传播方向沿x轴正方向
C．经过0.5s时间，质点P沿波的传播方向向前传播2m
D．该波在传播过程中若遇到3m的障碍物，能发生明显衍射现象
【答案】D
【详解】A．根据速率与波长的关系
由图可知
，
所以波传播的速率为
故A错误；B．由乙图可知在t=0时刻，质点P处于平衡位置，且向下振动，根据“上下坡”法，波沿x轴负方向传播，故B错误；C．介质中的质点不会随波迁移，故C错误；D．当障碍物的尺寸小于波长或与波长接近时，可以发生明显衍射，故D正确。故选D。
9．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，则波经过孔之后的传播情况，下列描述错误的是（ ）
A．此时能观察到明显的波的衍射现象
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，能观察到更明显的衍射现象
【答案】D
【详解】A．由题图可知，孔的尺寸与水波的波长差不多，故此时能观察到明显的波的衍射现象，故A正确，不符合题意；B．波通过孔后，波速、频率、波长不变，则挡板前后波纹间的距离相等，故B正确，不符合题意；C．如果将孔AB扩大，若孔的尺寸远大于水波的波长，可能观察不到明显的衍射现象，故C正确，不符合题意；D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，因为波速不变，根据知，波长减小，可能观察不到明显的衍射现象，故D错误，符合题意。故选D。
波现象
比较项
波的反射
波的折射
传播方向
改变i＝i′
改变r≠i
频率f
不变
不变
波速v
不变
改变
波长λ
不变
改变