3.3波的反射、折射和衍射 教学设计-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

3.3波的反射、折射和衍射 课题 波的反射、折射和衍射 教学时间 1课时 教学对象 高二年级 课型 新课 教学分析 本节选自高中物理人教版2019选择性必修一第三章第三节，是上一节波的描述的具体运用，即波的一些物理现象。学生已学习过机械波的相关概念，以及光的折射和反射，已经具备一定的抽象思维和归纳推理以及演绎推理的能力。此节也是为后面学习光的相关特性做铺垫，在前后章节中起到衔接作用。 教学目标 (1)通过实验认识波的反射、折射和衍射现象。 (2)通过用射线解释反射、折射现象，，掌握演绎推理和类比学习的方法。 (3)知道波的衍射现象和波产生明显衍射现象的条件。 (4)根据观察到的实验现象得出相关结论。 教学重难点 教学重点 (1)通过观察实验，认识波的反射、折射和衍射现象。 (2)产生明显衍射现象的条件。 教学难点 (1)波的衍射的理解。 (2)波的衍射与波沿直线传播的区别。 教学准备 多媒体课件 教学过程 新课引入 教师设问：夏日的雷声轰鸣不绝，这是为什么？ 学生回答：这是声波在云层界 面多次反射造成的。 教师设问：你是否注意过水波的反射？波的反射应该遵从什么规律？ 学生回答：这是声波在云层界 面多次反射造成的。 讲授新课 一、波的反射 我们可以通过实验来研究水波的反射规律。 演示：水波的反射 如上图，在发波水槽一端有一平板振动发生器，振动发生器在水槽中能够产生水波。在水槽中斜向放置一个挡板，观察水波在传播过程中发生的现象。 ( 法线 分界面 ) 实验结果表明，当水波遇到挡板时会发生反射。 如果用一条射线代表水波的入射方向，用另一条射线代表水波的反射方向，我们发现水波的反射与初中学过的光的反射遵循同样的规律。 定义：波在传播的过程中，遇到两种介质的分界面时返回到原介质继续传播的现象叫作波的反射。 规律：(1)三线共面、法线居中、两角相等。 (2)由于在同种介质中波的速度不变，频率不变，根据v=λf可知波长λ不变。 二、波的折射 机械波会发生折射吗？理论和实验证明，一切波都会发生折射现象。 演示一：“弯曲的光线” 如上图，向水槽发射一束激光，观察现象。 实验结果表明，当光波在不同介质中传播时会发生折射。 演示二：波在深度不同的水域交界面处的折射 体会水波在深度不同交界面处发生折射的原因：水波在深水区传播的较快，浅水区较慢。 定义：机械波等从一种介质进入另一种介质时传播方向发生偏折。 规律：波在同种或不同种介质中的传播速度不一样。 三、波的衍射 在水塘里，微风激起的水波遇到小石、芦苇等细小的障碍物，会绕过它们继续传播。在波的前进方向上放一个有孔的屏，可以看到波通过小孔而在屏的后面向各个方向传播。 定义：波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫作波的衍射。波在什么条件下能够发生明显的衍射现象？ 演示：水波的衍射 在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝，观察水波通过狭缝后的传播情况(图甲)。保持水波的波长不变，改变狭缝的宽度，观察水波的传播情况有什么变化(图乙)。 ( 甲 乙 ) 通过实验可以看到，在狭缝宽度比波长大得多的情况下，波的传播如同光沿直线传播一样，在挡板后面产生“阴影区”，如图甲所示；在狭缝宽度与波长相差不多或者狭缝宽度比波长更小的情况下，发生明显的衍射现象，水波可以绕到挡板后面继续传播，如图乙所示。(需要注意的是，当孔的尺寸远小于波长时，尽管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射现象不容易观察到。) ( 甲 乙 丙 )若保持狭缝的宽度不变，改变水波的波长，观察波的传播情况有什么变化。如图所示是实验时拍摄的照片，在甲、乙、丙三幅照片中，波长分别是狭缝宽度的、、。对比这三张照片会再次看到，波长与狭缝宽度相差不多时，有明显的衍射现象，随着波长的减小，衍射现象变得不明显。可以推断，当波长与狭缝宽度相比非常小时，水波将沿直线传播，观察不到衍射现象。 ( 甲 乙 丙 ) 观察到明显衍射的条件：只有缝、孔的宽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。 “隔墙有耳的现象”的原因是声波和墙壁的尺寸差不多，发生明显的衍射现象。通常的声波，波长为1.7 cm～17 m，跟一般的障碍物的尺寸相当，所以声波能绕过一般的障碍物，使我们能听到障碍物另一侧的声音。 一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象。 典题剖析 例1 图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则( ) A．2与1的波长、频率相等，波速不等 B．2与1的波速、频率相等，波长不等 C．3与1的波速、频率、波长均相等 D．3与1的频率相等，波速、波长均不等 答案：D 解析：波发生反射时，在同一种介质中运动，因此波长、波速和频率不变，故选项A、B错误；波发生折射时，频率不