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第三章 3 波的反射、折射和衍射动 学案（含答案 学生版+教师版）
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3 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现象的条件(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________________内，反射线与入射线分居________两侧，反射角________入射角。2．波的折射(1)波的折射：光从一种介质____________________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________。(2)水波的折射：一列水波在________不同的水域传播时，在交界面处将发生______________。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？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2．波在发生折射过程中，方向一定改变吗？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________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＝eq \f(v,f)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＝eq \f(v,f)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。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________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？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________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)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)eq \f(t,2)。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)________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________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，观察水波的传播。回答下列问题：水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．波的衍射：波____________________继续传播的现象。2．发生明显衍射现象的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长______________，或者比波长________时，才能观察到明显的衍射现象。说明：衍射只有“明显”与“不明显”之分，障碍物或小孔的尺寸跟波长相差不多，或比波长小，是产生明显衍射的条件。3．波的衍射的普遍性：一切波都能发生衍射，________是波特有的现象。1．喇叭播放的音乐中，高音(频率大)和低音(频率小)的声波哪个更容易绕过高墙？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2．俗话说：“隔墙有耳”，我们可以听到从墙外传过来的声音，却看不到人，说明声波可以发生衍射，光波不能发生衍射，这种说法对吗？(提示：声波波长较长，一般为1.7～17 m，可见光波长较短，一般为0.39～0.77 μm)________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(1)只有当障碍物的尺寸与波长相差不多或比波长小时，才会发生衍射现象。( )(2)夏日雷声有时轰鸣不绝，这是声波的衍射现象。( )(3)“闻其声不见其人”，是指声波的衍射现象。( )例3 如图所示，O是水面上一波源，实线和虚线分别表示该时刻的波峰和波谷，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．没有阴影的区域针对训练2 如图所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60 m，在防波堤后A、B两处有两艘小船进港躲避风浪。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两处小船完全不受波浪影响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60 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60 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响例4 如图所示，S为水面上一波源，M、N是两块挡板，两板中间有一狭缝，此时观察不到A点振动，为了能观察到A点的振动，可采用的方法是( )A．增大波源的振幅 B．减小波源的频率C．将波源S稍向左移 D．将N板向右移3 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现象的条件(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＝eq \f(v,f)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＝eq \f(v,f)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＝eq \f(v1,λ1)＝eq \f(340,0.2) 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)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)eq \f(t,2)。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＋x①x1＋x＝v声t②x2＝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，观察水波的传播。回答下列问题：水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？答案 水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后面的“阴影区”，小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显。1．波的衍射：波绕过障碍物继续传播的现象。2．发生明显衍射现象的条件：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。说明：衍射只有“明显”与“不明显”之分，障碍物或小孔的尺寸跟波长相差不多，或比波长小，是产生明显衍射的条件。3．波的衍射的普遍性：一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象。1．喇叭播放的音乐中，高音(频率大)和低音(频率小)的声波哪个更容易绕过高墙？答案 低音，由v＝λf得λ＝eq \f(v,f)，由此可知，声速相同情况下，低音的频率小，波长长，在障碍物相同的情况下，低音更容易发生衍射现象，因此低音更容易绕过高墙。2．俗话说：“隔墙有耳”，我们可以听到从墙外传过来的声音，却看不到人，说明声波可以发生衍射，光波不能发生衍射，这种说法对吗？(提示：声波波长较长，一般为1.7～17 m，可见光波长较短，一般为0.39～0.77 μm)答案 不对。声波波长较长，遇到与其波长相差不大的障碍物可发生明显的衍射现象。光波波长较短，其波长比一般障碍物小得多，衍射现象不明显。(1)只有当障碍物的尺寸与波长相差不多或比波长小时，才会发生衍射现象。( × )(2)夏日雷声有时轰鸣不绝，这是声波的衍射现象。( × )(3)“闻其声不见其人”，是指声波的衍射现象。( √ )例3 如图所示，O是水面上一波源，实线和虚线分别表示该时刻的波峰和波谷，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 由题图可直观看出，半波长为实虚两圆半径之差，且可看出挡板A的尺寸比波长大得多，而小孔B宽度比波长小。据波发生明显衍射的条件知，该波在挡板A处的衍射现象很不明显，即可认为波沿直线传播，故Ⅰ区内水面无波形，该波能在B处发生明显的衍射，故在阴影区Ⅲ、Ⅱ之内明显存在衍射波的波形，故选项B正确，A、C、D错误。针对训练2 如图所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60 m，在防波堤后A、B两处有两艘小船进港躲避风浪。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两处小船完全不受波浪影响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60 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60 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响答案 D解析 当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长相差不多时才能发生明显的衍射现象，波浪的波长约为10 m时，不能发生明显的衍射现象，则A、B两处小船基本上不受波浪影响，A、B错误；波浪的波长约为60 m时，能发生明显的衍射现象，则A、B两处小船明显受到波浪影响，C错误，D正确。例4 如图所示，S为水面上一波源，M、N是两块挡板，两板中间有一狭缝，此时观察不到A点振动，为了能观察到A点的振动，可采用的方法是( )A．增大波源的振幅 B．减小波源的频率C．将波源S稍向左移 D．将N板向右移答案 B解析 观察不到A点振动，说明衍射现象不明显，要使衍射现象变得明显，可以减小波源的频率以增大波长，或将N板向左移减小狭缝的尺寸，故B正确。
3 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现象的条件(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________________内，反射线与入射线分居________两侧，反射角________入射角。2．波的折射(1)波的折射：光从一种介质____________________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________。(2)水波的折射：一列水波在________不同的水域传播时，在交界面处将发生______________。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？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2．波在发生折射过程中，方向一定改变吗？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________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＝eq \f(v,f)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＝eq \f(v,f)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。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________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？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________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)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)eq \f(t,2)。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)________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________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，观察水波的传播。回答下列问题：水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．波的衍射：波____________________继续传播的现象。2．发生明显衍射现象的条件：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长______________，或者比波长________时，才能观察到明显的衍射现象。说明：衍射只有“明显”与“不明显”之分，障碍物或小孔的尺寸跟波长相差不多，或比波长小，是产生明显衍射的条件。3．波的衍射的普遍性：一切波都能发生衍射，________是波特有的现象。1．喇叭播放的音乐中，高音(频率大)和低音(频率小)的声波哪个更容易绕过高墙？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2．俗话说：“隔墙有耳”，我们可以听到从墙外传过来的声音，却看不到人，说明声波可以发生衍射，光波不能发生衍射，这种说法对吗？(提示：声波波长较长，一般为1.7～17 m，可见光波长较短，一般为0.39～0.77 μm)________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(1)只有当障碍物的尺寸与波长相差不多或比波长小时，才会发生衍射现象。( )(2)夏日雷声有时轰鸣不绝，这是声波的衍射现象。( )(3)“闻其声不见其人”，是指声波的衍射现象。( )例3 如图所示，O是水面上一波源，实线和虚线分别表示该时刻的波峰和波谷，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．没有阴影的区域针对训练2 如图所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60 m，在防波堤后A、B两处有两艘小船进港躲避风浪。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两处小船完全不受波浪影响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60 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60 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响例4 如图所示，S为水面上一波源，M、N是两块挡板，两板中间有一狭缝，此时观察不到A点振动，为了能观察到A点的振动，可采用的方法是( )A．增大波源的振幅 B．减小波源的频率C．将波源S稍向左移 D．将N板向右移3 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现象的条件(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＝eq \f(v,f)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＝eq \f(v,f)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＝eq \f(v1,λ1)＝eq \f(340,0.2) 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)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)eq \f(t,2)。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＋x①x1＋x＝v声t②x2＝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，观察水波的传播。回答下列问题：水波遇到小孔时，会观察到什么现象？依次减小小孔尺寸，观察到的现象有什么变化？答案 水波遇到小孔时，水波能穿过小孔，并能到达挡板后面的“阴影区”，小孔的尺寸减小时，水波到达“阴影区”的现象更加明显。1．波的衍射：波绕过障碍物继续传播的现象。2．发生明显衍射现象的条件：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。说明：衍射只有“明显”与“不明显”之分，障碍物或小孔的尺寸跟波长相差不多，或比波长小，是产生明显衍射的条件。3．波的衍射的普遍性：一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象。1．喇叭播放的音乐中，高音(频率大)和低音(频率小)的声波哪个更容易绕过高墙？答案 低音，由v＝λf得λ＝eq \f(v,f)，由此可知，声速相同情况下，低音的频率小，波长长，在障碍物相同的情况下，低音更容易发生衍射现象，因此低音更容易绕过高墙。2．俗话说：“隔墙有耳”，我们可以听到从墙外传过来的声音，却看不到人，说明声波可以发生衍射，光波不能发生衍射，这种说法对吗？(提示：声波波长较长，一般为1.7～17 m，可见光波长较短，一般为0.39～0.77 μm)答案 不对。声波波长较长，遇到与其波长相差不大的障碍物可发生明显的衍射现象。光波波长较短，其波长比一般障碍物小得多，衍射现象不明显。(1)只有当障碍物的尺寸与波长相差不多或比波长小时，才会发生衍射现象。( × )(2)夏日雷声有时轰鸣不绝，这是声波的衍射现象。( × )(3)“闻其声不见其人”，是指声波的衍射现象。( √ )例3 如图所示，O是水面上一波源，实线和虚线分别表示该时刻的波峰和波谷，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 由题图可直观看出，半波长为实虚两圆半径之差，且可看出挡板A的尺寸比波长大得多，而小孔B宽度比波长小。据波发生明显衍射的条件知，该波在挡板A处的衍射现象很不明显，即可认为波沿直线传播，故Ⅰ区内水面无波形，该波能在B处发生明显的衍射，故在阴影区Ⅲ、Ⅱ之内明显存在衍射波的波形，故选项B正确，A、C、D错误。针对训练2 如图所示，一小型渔港的防波堤两端MN相距约60 m，在防波堤后A、B两处有两艘小船进港躲避风浪。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两处小船完全不受波浪影响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60 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60 m，则A、B两处小船明显受到波浪影响答案 D解析 当障碍物或缝隙的尺寸比波长小或跟波长相差不多时才能发生明显的衍射现象，波浪的波长约为10 m时，不能发生明显的衍射现象，则A、B两处小船基本上不受波浪影响，A、B错误；波浪的波长约为60 m时，能发生明显的衍射现象，则A、B两处小船明显受到波浪影响，C错误，D正确。例4 如图所示，S为水面上一波源，M、N是两块挡板，两板中间有一狭缝，此时观察不到A点振动，为了能观察到A点的振动，可采用的方法是( )A．增大波源的振幅 B．减小波源的频率C．将波源S稍向左移 D．将N板向右移答案 B解析 观察不到A点振动，说明衍射现象不明显，要使衍射现象变得明显，可以减小波源的频率以增大波长，或将N板向左移减小狭缝的尺寸，故B正确。
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