2025年高二物理同步培優(yōu)講練（人教版選擇性必修第一冊）3.3 波的反射、折射和衍射（解析版）

3.3波的反射、折射和衍射

01學(xué)習(xí)目標(biāo)

物理素養(yǎng)學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.物理觀念：知道波的反射、折射和衍射現(xiàn)象，知道明顯衍射的1.通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識波的反射和折射現(xiàn)象。

條件。2.通過用射線解釋反射、折射現(xiàn)象，認(rèn)

2.科學(xué)思維：理解波的反射定律和折射定律，能進(jìn)行簡單計(jì)算。識波動中建構(gòu)物理模型的方法。

3.科學(xué)探究：經(jīng)歷探究波的明顯衍射現(xiàn)象條件的過程。3.知道波的衍射現(xiàn)象和波產(chǎn)生明顯衍射

4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：利用波的幾種現(xiàn)象實(shí)例培養(yǎng)觀察、分析和歸現(xiàn)象的條件。

納的習(xí)慣。

重點(diǎn)關(guān)注：①反射和折射②衍射現(xiàn)象③產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件

02思維導(dǎo)圖

03知識梳理

（一）課前研讀課本，梳理基礎(chǔ)知識

一、波的反射和折射

1．波的反射

(1)反射現(xiàn)象：波遇到介質(zhì)界面(如水波遇到擋板)時會返回原介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。

(2)反射規(guī)律：反射線、法線與入射線在同一平面內(nèi)，反射線與入射線分居法線兩側(cè)，反射角等于入射

角。

2．波的折射

(1)波的折射：光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時會發(fā)生折射，同樣，其他波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)

時也發(fā)生折射。

(2)水波的折射：一列水波在深度不同的水域傳播時，在交界面處將發(fā)生折射。

二、波的衍射

1．波的衍射：波繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。

2．發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件：只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小時，才

能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。

3．波的衍射的普遍性：一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象。

（二）辨析

1.墻壁的傳音性比空氣好得多,但把門窗關(guān)閉后,外面?zhèn)魅胧覂?nèi)的聲音卻會明顯地減弱,這是為什么?

【答案】聲波原來在空氣中傳播,如果沒有障礙物,能直接傳到室內(nèi),當(dāng)把門窗關(guān)閉后,聲波遇到墻壁和門窗,

在界面上發(fā)生反射和折射現(xiàn)象,只有折射進(jìn)入墻壁和門窗的聲波才能進(jìn)入室內(nèi),雖然墻壁和門窗的傳音性能

好但反射性能也好,所以大部分聲波被反射回去,外面?zhèn)魅胧覂?nèi)的聲音就顯著地減弱了。

一列聲波從空氣中傳入水中,已知水中聲速較大,則聲波頻率和波長如何變化?

2.【答案】由于波的頻率由波源決定,因此波無論在空氣中還是在水中頻率都不變。又因波在水中速度較大,

由公式v=λf可得,波在水中的波長變大。

3.日常生活中“聞其聲不見其人”的物理現(xiàn)象的原因是什么?

【答案】聲波在空氣中的波長較長,跟一般障礙物的尺寸相差不多,很容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象,繞過障礙物傳

入人耳。而光波由于波長很短,障礙物或孔的尺寸遠(yuǎn)大于光的波長,光不能繞過障礙物發(fā)生明顯衍射,所以只能

聽到聲音而看不到說話的人。

4.只有障礙物的尺寸跟波長相差不多或者比波長更小時,才能發(fā)生衍射現(xiàn)象,這句話對嗎?

【答案】這句話不對,一切波遇到障礙物都會發(fā)生衍射現(xiàn)象,但有明顯與不明顯的區(qū)別,當(dāng)障礙物的尺寸跟

波長相差不多或者比波長更小時,會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。

04題型精講

【題型一】波的反射和折射

【點(diǎn)撥】波的反射和折射中各物理量的變化

(1)波的頻率是由振源決定的，介質(zhì)中各個質(zhì)點(diǎn)的振動都是受迫振動，因此不論是反射還是折射，波的

頻率是不改變的。

(2)波速是由介質(zhì)決定的，波反射時是在同一均勻介質(zhì)中傳播，因此波速不變，波折射時是在不同介質(zhì)

中傳播，因此波速改變。

(3)波長是由頻率和波速共同決定的，即在波的反射中，由于波的頻率和波速均不變，根據(jù)公式λ＝vf

可知波長不改變；在波的折射中，當(dāng)進(jìn)入新的介質(zhì)中波速增大時，由λ＝vf可知波長變長，反之變短。

【典型例題1】（23-24高二下·山西太原·期末）蟾蜍在池塘邊平靜的水面上鳴叫，某時形成如圖所示的水

波。若蟾蜍的鳴叫頻率不變，下列選項(xiàng)正確的是（）

A．岸邊的人接收到鳴叫的聲波是橫波

B．水波從淺水區(qū)傳入深水區(qū)，頻率變小

C．水面上的落葉遇到水波后做受迫振動

D．水波遇到大石頭比遇到小石頭更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象

【答案】C

【詳解】A．聲波是縱波，可知，岸邊的人接收到鳴叫的是縱波，故A錯誤；

B．頻率由波源決定，可知，水波從淺水區(qū)傳入深水區(qū)，頻率不變，故B錯誤；

C．水面上的落葉遇到水波后，落葉在聲波的干擾之下發(fā)生振動，落葉做的是受迫振動，故C正確；

D．當(dāng)波長與障礙物的尺寸相差不多時，能夠發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，可知，波長一定時，水波遇到大石頭

比遇到小石頭更不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，故D錯誤。

故選C。

【對點(diǎn)訓(xùn)練1】下列說法正確的是（）

A．波發(fā)生反射時，波的頻率不變，波速變小，波長變短

B．波發(fā)生反射時，頻率、波長、波速均發(fā)生變化

C．波發(fā)生折射時，波的頻率不變，但波長、波速發(fā)生變化

D．波發(fā)生折射時，波的頻率、波長、波速均發(fā)生變化

【答案】C

【詳解】AB．波發(fā)生反射時，在同一種介質(zhì)中運(yùn)動，因此波長、波速和頻率都不發(fā)生變化，故AB錯誤；

CD．波發(fā)生折射時，頻率不變，波長和波速均發(fā)生變化，故C正確，D錯誤。

故選C。

【題型二】波的衍射

【點(diǎn)撥】波的反射和折射中各物理量的變化

1.衍射只有“明顯”與“不明顯”之分，障礙物或小孔的尺寸跟波長相差不多，或比波長小，是產(chǎn)生明

顯衍射的條件。

2.發(fā)生明顯衍射的條件:障礙物或孔的尺寸比波長小或跟波長差不多。

(1)障礙物或孔的尺寸大小并不是決定衍射能否發(fā)生的條件,僅是衍射現(xiàn)象是否明顯的條件。一般情況

下,波長較大的波容易發(fā)生顯著的衍射現(xiàn)象。

(2)波傳到小孔(或障礙物)時,小孔(或障礙物)處仿佛一個新的波源,由它發(fā)出與原來同頻率的波(稱為

子波)在孔后傳播,于是,就出現(xiàn)了偏離直線傳播的衍射現(xiàn)象。

(3)當(dāng)孔的尺寸遠(yuǎn)小于波長時盡管衍射十分突出,但由于衍射波的能量很弱,衍射現(xiàn)象不容易被觀察到。

【典型例題1】（23-24高二下·安徽·期中）在水槽中放兩塊擋板，中間留一個狹縫，觀察水波通過狹縫后的

傳播情況，保持狹縫的寬度不變，改變水波的波長，得到三幅照片如甲、乙、丙所示，對應(yīng)的水波波長

分別為1、2、3，下列說法正確的是（）

A．這是水波的反射現(xiàn)象

B．這是水波的折射現(xiàn)象

C．對應(yīng)的波長關(guān)系為123

D．對應(yīng)的波長關(guān)系為123

【答案】C

【詳解】AB．這是水波的衍射現(xiàn)象，A錯誤；B錯誤；

CD．隨著波長的減小，當(dāng)波長與狹縫寬度相比非常小時，水波將沿直線傳播，衍射現(xiàn)象變得不明顯，所

以對應(yīng)的波長關(guān)系為

123

C正確；D錯誤。

故選C。

【對點(diǎn)訓(xùn)練1】（23-24高二上·陜西西安·期末）如圖所示，S為波源，M、N為兩塊擋板，其中M板固定，

N板可上下移動，兩板中間有一狹縫，此時測得A點(diǎn)沒有振動，為了使A點(diǎn)能發(fā)生振動，可采用的方法

有：①增大波源的頻率；②減小波源的頻率；③將N板向上移動一些；④將N板向下移動一些。以

上方法正確的是（）

A．①④B．②③C．①③D．②④

【答案】B

【詳解】根據(jù)題意可知，測得A點(diǎn)沒有振動，說明波沒有發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，原因是MN間的縫太寬

或波長太小，因此若使A處質(zhì)點(diǎn)振動，可采用N板上移減小間距或增大波的波長，即減小波源頻率，故

②③正確，①④錯誤。

故選B。

05強(qiáng)化訓(xùn)練

【基礎(chǔ)強(qiáng)化】

1．（23-24高二下·寧夏石嘴山·期中）關(guān)于波的反射與折射，下列說法正確的是（）

A．波發(fā)生反射時，波的頻率不變，波速大小變小，波長變短

B．波發(fā)生反射時，波的頻率、波長、波速大小均不變

C．波發(fā)生折射時，波的頻率、波長、波速大小均發(fā)生變化

D．波發(fā)生折射時，波的頻率發(fā)生改變，但波長、波速大小不變

【答案】B

【詳解】AB．波發(fā)生反射時，波在同一種介質(zhì)中傳播，波的頻率、波長、波速大小均不變，故A錯誤，

B正確；

CD．波發(fā)生折射時，波速發(fā)生變化，波的頻率由波源決定，則波的頻率不變，波長發(fā)生變化，故CD錯

誤。

故選B。

2．（21-22高二上·遼寧錦州·期末）在用水波槽做衍射實(shí)驗(yàn)時，若打擊水面的振子振動頻率是6Hz，水波在

水槽中的傳播速度為0.6m/s，為觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，小孔的直徑d應(yīng)為（）

A．d<10cmB．50cmC．d>10cmD．10cm

【答案】A

【詳解】水波的波長為

v0.6m/s

10cm

f6Hz

要觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，則小孔的尺寸應(yīng)比水波的波長小或者與波長相差不多，故選A。

3．機(jī)械波在傳播過程中遇到障礙物時會發(fā)生反射，如果用射線表示波的傳播方向，下列說法正確的是（）

A．入射線與反射線一定在同一平面內(nèi)，法線與這一平面垂直

B．入射線與反射線可能在法線同側(cè)

C．“回聲”是聲波的反射現(xiàn)象

D．“回聲”是聲波的折射現(xiàn)象

【答案】C

【詳解】AB．波的反射遵守波的反射定律，即反射線在入射線和法線所決定的平面內(nèi)，分居法線兩側(cè)，

故AB錯誤；

CD．聲波遇到障礙物時可發(fā)聲反射，形成回聲，因此“回聲”是聲波的反射現(xiàn)象，故C正確，D錯誤。

故選C。

4．（23-24高二上·江蘇泰州·期末）如圖所示是利用水波槽觀察到的水波衍射圖樣，從圖樣可知（）

A．B側(cè)波是衍射波

B．A側(cè)相鄰波紋間距大于B側(cè)相鄰波紋間距

C．如果孔的大小不變，減小水波波源的頻率，衍射現(xiàn)象將更明顯

D．增大擋板之間的間隙，衍射現(xiàn)象將更明顯

【答案】C

【詳解】A．由圖可知，A側(cè)波是衍射波，選項(xiàng)A錯誤；

B．兩側(cè)的波的頻率和波速相同，波長相同，即A側(cè)相鄰波紋間距等于B側(cè)相鄰波紋間距，選項(xiàng)B錯誤；

C．當(dāng)孔的尺寸與波長差不多或者小于波長時會產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象，則如果孔的大小不變，減小水波波

源的頻率，則波長變大，衍射現(xiàn)象將更明顯，選項(xiàng)C正確；

D．增大擋板之間的間隙，衍射現(xiàn)象將變得不明顯，選項(xiàng)D錯誤。

故選C。

5．（23-24高二上·山東青島·期末）圖，擋板M固定，擋板N可自由移動，將M、N兩板間空隙當(dāng)做一個“小

孔”做水波的衍射實(shí)驗(yàn)，出現(xiàn)了圖示中的圖樣。實(shí)驗(yàn)中觀測到P點(diǎn)水面沒有振動，為了使P點(diǎn)處能發(fā)生振

動，可采用的辦法是（）

A．增大波源的頻率B．減小波源的周期

C．將N板水平向左移動一些D．將N板水平向上移動一些

【答案】D

【詳解】P點(diǎn)的水沒有振動起來，說明在P點(diǎn)，波沒有明顯衍射過去，原因是M、N間的縫太寬或波長

太小，因此若使P點(diǎn)的水振動起來，可采用N板上移減小小孔的間距；也可以增大水波的波長，由

v

vT

f

可知，減小振源的頻率或者增大波源的周期。故ABC錯誤；D正確。

故選D。

【素養(yǎng)提升】

6．如圖是觀察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置，AC和BD為兩塊擋板，AB是—個孔，O是波源，圖中已畫出波源所

在區(qū)域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間距離表示一個波長，則對于波經(jīng)過孔之后的傳播

情況，下列描述正確的是（）

A．此時不能觀察到波的衍射現(xiàn)象

B．如果將孔AB擴(kuò)大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象

C．擋板前后波及間距可能不相等

D．如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象

【答案】B

【詳解】A．不管孔的大小，衍射都會存在，所以此時能觀察到衍射現(xiàn)象，故A錯誤；

B．如果將孔AB擴(kuò)大，孔的尺寸遠(yuǎn)大于波的波長，可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象，故B正確；

C．波通過孔后，波速、頻率、波長不變，則擋板前后波紋間的距離相等，故C錯誤；

D．如果孔的大小不變，使波源頻率增大，因?yàn)椴ㄋ俨蛔?，根?jù)

vf

可知波長變小，所以不能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象，故D錯誤。

故選B。

7．海豚在水里通過聲波的反射來定位，判斷前方是否有獵物或障礙物?？茖W(xué)家通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，海豚能辨別

出大小只有5mm的障礙物。請估算海豚發(fā)出的聲波頻率的范圍并說明理由（已知聲波在水中的傳播速

度約為1500m/s）。

【答案】3×105Hz，理由見解析

【詳解】海豚通過聲波的反射來定位，這要求發(fā)出的聲波遇到障礙物不能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。已知障

礙物的尺寸為5mm，則海豚發(fā)出的聲波波長要小于5mm。

根據(jù)公式：vf，可得

v1500

fHz3105Hz

5103

所以，海豚發(fā)出的聲波頻率應(yīng)高于3×105Hz。

【能力培優(yōu)】

8．如圖所示是一個可觀察水波衍射的水波發(fā)生槽，振源的頻率是可以調(diào)節(jié)的，槽中放置兩塊可移動的擋板

形成寬度可調(diào)節(jié)的小孔，觀察水波的傳播，也可以在水槽中放置寬度不同的擋板，觀察水波的傳播。思

考下列問題：

（1）水波遇到