第三章機械波

第3節波的反射、折射和衍射

本節課程是學生在了解了波的形成及傳播的基礎上學習的，旨在引導學生認識波在傳播的過程

中還可能發生反射、折射以及衍射等物理現象，通過對本節課程的學習認識到反射、折射、衍射形

成的條件，及對應的物理現象，能夠對將來學習光的反射、折射以及衍射奠定了一定的物理基礎。

【物理觀念】了解波在傳播過程中可能發生反射、折射、衍射等物理現象并知道這些物理現象形成

的條件。

【科學思維】通過生活實例的分析以及觀察演示實驗，直接體驗生活中處處存在著物理現象和自然

規律，從而激發學生學習物理，探究物理知識的熱情，培養仔細觀察，抓住事物本質的思維品質。

【科學探究】在對實驗的操作中讓學生體會到波的特性，并利用小組討論幫助學生開拓思維，引導

學生對實驗現象及實驗條件進行科學探究，養成良好的思維習慣。

【科學態度與責任】要勇于探索生活中的物理現象，勤于思考，體會物理知識在生活中的重要性。

【教學重點】波的反射、折射現象及折射率的計算；波的衍射，以及波產生明顯衍射現象的條件。

【教學難點】構建物理模型，能夠畫出反射、折射的示意圖，知道不同物理現象對應物理量中的變

量與不變量。

一、【引入新課】

想一想：

我們知道，聲音在傳播過程中，遇到障礙物時會發生反射。對著遠處的峭壁大喊一聲會聽到回聲，

就是聲波在峭壁上反射的結果。生活中，你是否注意過水波的反射？波的反射應該遵從什么規律？

蝙蝠在飛行的時候，喉內能夠產生超聲波，超聲波通過口腔發射出來。當超聲波遇到昆蟲或障礙物

而反射回來時，蝙蝠能夠用耳朵接受，并能判斷探測目標是昆蟲還是障礙物，以及距離它有多遠。

人們通常把蝙蝠的這種探測目標的方式，叫做“回聲定位”。

蝙蝠的回聲定位

回聲探測設備是最早的一類水下聲學儀器，這種設備得到了廣泛地應用。所有這樣的設備都有一個

共同的特點：它們都利用一組發射換能器在水下發射聲波，使聲波沿海水介質傳播，直到碰到目標

后再被反射回來，反射回來的聲波被接收換能器接收。然后再由聲納員或計算機處理收到的信號，

進而確定目標的參數和類型。

回聲探測儀

在發波水槽一端有一平板振動發生器，振動發生器在水槽中能夠產生水波。在水槽中斜向放置一個

擋板，觀察水波在傳播過程中發生的現象。

二、【進行新課】

探究點一、波的反射

波的反射:

1．定義：波在傳播過程中，遇到兩種介質的分界面時返回到原介質繼續傳播的現象．

2．波的反射定律：當波傳播到兩種介質的交界處發生反射時，入射線、法線、反射線在同一平面

內，入射線與反射線分別位于法線的兩側，而且入射角等于反射角；反射波的波長、頻率和波速都

與入射波相同．

現象：波遇到障礙物會返回來繼續傳播

特點：反射角等于入射角，反射波的波長、頻率和波速都和入射波相同

實例：回聲、混響

探究點二、波的折射

波的折射

1．定義：波在傳播過程中，從一種介質進入另一種介質時，波的傳播方向發生偏折的現象．

2．折射定律：波從第一種介質進入第二種介質分界面處會發生折射現象，入射角的正弦跟折射角的

sinv

2

正弦之比等于波在第一種介質中波速跟第二種介質中的波速之比，即siniv1這就是波的折射定

律．

現象：波從一種介質射入另一種介質時，傳播的方向會發生改變

現象：波從一種介質射入另一種介質時，傳播的方向會發生改變

折射定律：

入射線、法線、折射線在同一平面內，入射線與折射線分居法線兩側．入射角的正弦跟折射角的正

弦之比等于波在第一種介質中的速度跟波在第二種介質中的速度之比。

sinivv

1n1

sinrv12v

2折射率2

水波的折射

折射定律：

波發生折射的原因：是波在不同介質中的速度不同

注意：

1.當入射速度大于折射速度時，折射角折向法線。

2.當入射速度小于折射速度時，折射角折離法線。

3.當垂直界面入射時，傳播方向不改變，屬折射中的特例。

4.在波的折射中，波的頻率不改變，波速和波長都發生改變。

波在反射、折射時的頻率、波速和波長

探究點二、波的衍射

波的衍射：波可以繞過障礙物繼續傳播的現象

1．發生明顯衍射的條件：障礙物或孔的尺寸比波長小或與波長差不多．

2．關于衍射的兩點說明

(1)衍射始終存在，只是有的衍射明顯，有的衍射不明顯．

(2)衍射和干涉都是波的特有現象，一切波都能發生干涉和衍射．

水波的衍射實驗

在水槽里放兩塊擋板，中間留一個狹縫，觀察水波通過狹縫后的傳播情況（圖甲）。

保持水波的波長不變，改變狹縫的寬度，觀察水波的傳播情況有什么變化（圖乙）。

波長一定的水波通過寬度不同的狹縫

現象：水波繞過小孔或障礙物繼續傳播．

說明:

①衍射是波特有的現象;一切波都能發生衍射．

②衍射現象總是存在的,只有明顯和不明顯的差異.

觀察波長對衍射現象的影響

波長逐漸增大的衍射現象

在狹縫寬度一定的情況下，波長對衍射實驗的影響

753

ddd

101010

結論：

1、障礙物較大時對波有影響,較小時對波沒有影響,即障礙物比較小時能發生明顯衍射.窄縫寬度跟

波長相差不多時，有明顯的衍射現象

2、窄縫寬度比波長大得越多，衍射現象越不明顯；窄縫寬度跟波長相比非常大時，水波將直線傳播，

觀察不到衍射現象．

發生明顯衍射現象的條件：

障礙物或孔的尺寸比波長小,或跟波長相差不多.

說明:①障礙物或孔的尺寸大小,并不是決定衍射能否發生的條件,僅是衍射現象是否明顯的條件.一般

情況下,波長較大的波容易產生顯著的衍射現象.

②波傳到小孔(或障礙物)時,小孔(或障礙物)仿佛是一個新的波源,由它發出與原來同頻率的波(稱子波)

在孔后傳播,于是就出現了偏離直線傳播的衍射現象.

③當孔的尺寸遠小于波長時盡管衍射十分突出,但由于衍射波的能量很弱,衍射現象不容易觀察到.

一切波都能發生衍射，衍射是波特有的現象.

課堂重點知識小結

隨堂練習

例1、(單選）如圖所示1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線，則()

A．2與1的波長、頻率相等，波速不等

B．2與1的波速、頻率相等，波長不等

C．3與1的波速、頻率、波長均相等

D．3與1的頻率相等，波速、波長均不等

【答案】：D

【解析】：選D.反射波的波速、波長、頻率都相等，折射波的頻率不變，波長和波速發生改變，故

D正確．

例2、(多選)關于波的反射與折射,下列說法正確的是()

A.波發生反射時,波的頻率不變,波速變小,波長變短

B.波發生反射時,波的頻率、波長、波速均不變

C.波發生折射時,波的頻率、波長、波速均發生變化

D.波發生折射時,波的頻率不變,但波長、波速均發生變化

【答案】BD

【解析】波發生反射時,在同一種介質中運動,因此波長、波速和頻率不變,A錯誤,B正確;波在不同

種介質中運動時發生折射,波速發生變化,但頻率由振源決定,波的頻率不變,由v=λf可知波長也發生變

化,C錯誤,D正確。

例3、(多選)如圖所示為水波的衍射現象,S為波源,d為擋板上的小孔寬度,相鄰弧線間距為一個波長,

其中符合事實的是()

【答案】BC

【解析】選項A、B中小孔寬度大于波長,衍射現象不明顯,擋板會阻礙波的傳播,故A不符合事實、

B符合事實;選項C、D中小孔寬度小于波長,衍射現象明顯,但穿過小孔后波速和頻率不變,