3.3波的反射、折射和衍射 教学分析课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第三章 机械波 3.3 波的反射、折射和衍射 第3节 波的反射、折射和衍射 物理观念 通过认识波的反射、折射和衍射现象 ，进一步强化学生的运动与相互作用观。 科学思维 通过用射线解释反射、折射现象，认识波动中建构物理模型的方法 科学探究 通过实验认识波的反射和折射现象，了解其规律 科学态度与责任 通过了解波的衍射现象和波产生明显衍射现象的条件，培养学生实事求是的科学态度 二、教学重点、难点 教学重点： 波的反射、折射和衍射现象的认识 教学难点 波能发生明显衍射的条件及其解释 环节一：问题情境导入——促使学生回忆生活经历，引发思考 二、教学过程 问题： 我们知道，声音在传播的过程中，遇到障碍物的时候会发生反射。对着远处的峭壁大喊一声会听到回声，就是声波在峭壁上反射的结果。生活中，你是否注意过水波的反射？波的反射应该遵从什么规律？ 18 世纪，意大利教士兼生物学家斯帕兰扎尼研究蝙蝠在夜间活动时，发现蝙蝠是靠高频率的尖叫来确定障碍物的位置的。这种尖叫声在每秒 2 万到 10 万赫兹之间，我们的耳朵对这样频率范围内的声波是听不到的。这样的声波称为超声波。蝙蝠发出超声波，然后借助物体反射回来的回声，就能判断出所接近的物体的大小、形状和运动方式。 蝙蝠的回声定位 雷达是利用无线电波发现目标，并测定其位置的设备。由于无线电波具有恒速、定向传播的规律，因此，当雷达波碰到飞行目标(飞机、导弹）等时，一部分雷达波便会反射回来，根据反射雷达波的时间和方位便可以计算出飞行目标的位置。 由于一般飞机的外形比较复杂，总有许多部分能够强烈反射雷达波，因此整个飞机表面涂以黑色的吸收雷达波的涂料。 雷达探测 探究点一、 波的反射 波的反射 1.波的反射：波遇到障碍物会返回来继续传播，这种现象叫做波的反射。 2.反射规律： ①入射线、法线、反射线在同一平面内 ②入射线与反射线分居法线两侧 ③反射角等于入射角 入射角：入射波的波线与平面法线的夹角叫做入射角。 反射角：反射波的波线与平面法线的夹角叫做反射角。 建构“射线”模型 环节二 实验探究 探究点二、波的折射 光从一种介质进入另一种介质时会发生折射，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。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，如图所示。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折射方向，可以更清晰地看出水波的折射现象。 1.波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生了改变的现象叫做波的折射。 2.折射规律： ①入射线、法线、折射线在同一平面内 ②入射线与折射线分居法线两侧 ③入射角的正弦跟折射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度跟波在第二种介质中的速度之比： 折射角：折射波的波线与两介质界面法线的夹角叫做折射角。 了解：水波从深水区通过浅水区时，波速将会减小，同时波长变短。 波在反射、折射时的频率、波速和波长 波的反射 波的折射 传播方向 改变（入射角等于反射角） 改变（入射角不等于折射角） 频率f 不变 不变 波速 不变 改变 波长 不变 改变 探究点三、波的衍射（重点、难点） 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，好像它们不存在一样。 波长一定的水波通过宽度不同的狭缝 1.波的衍射：波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫作波的衍射。 2.衍射规律： ①窄缝宽度跟波长相差不多时，有明显的衍射现象 ②窄缝宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显 发生明显衍射现象的条件： 1.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。 2.衍射的实质：振动的形式和能量传到障碍物后方的阴影区域中。 3.衍射是波特有的现象，一切波都能发生衍射。但要发生明显的衍射现象需要满足一定的条件，当不满足时，衍射现象虽然存在，但由于是不明显的衍射现象，不易被我们观察到。 4.具体实例： （1）声波的衍射 —— 隔墙有耳 （2）电磁波的衍射—— 收看电视 注意： ①一切波都能发生衍射, 衍射是波特有的现象 ; ②衍射不需要条件，这仅是发生明显衍射的条件; ③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。 为什么声波容易发生明显的衍射现象？ 环节三 巩固强化 1、多选 如图所示是观察水面波衍射的实验装置，和 是两块挡 板，是一个小孔， 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）之间的距离表示一个波长，则对于 波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是 ( ) AB A. 此时能观察到波明显的衍射现象 B. 挡板前后波纹间距相等 C. 如果将孔 扩大，还可观察到明显的衍射现象 D. 如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显观察到衍射现象 解析：本题中发生明显衍射现象的条件是：小孔尺寸要比波长小或者 和波长相差不多，所以此时能观察到明显的衍射现象，A正确；波绕过 小孔后传播速度不变，频率不变，故波长不变，所以挡板前后波纹间 距相等，B正确；如果将孔 扩大，衍射现象将不明显，C错误；如果 孔的大小不变，使波源振动频率增大，则波长变短，衍射现象不明显， D错误。 2、一列波在传播过程中通过一个障碍物，发生了一定程度的衍射，一定能使衍射现象更明显的措施是(　　) A．增大障碍物尺寸，同时增大波的频率 B．增大障碍物尺寸，同时减小波的频率 C．缩小障碍物尺寸，同时增大波的频率 D．缩小障碍物尺寸，同时减小波的频率 答案：D 解析：发生明显衍射的条件是障碍物或孔、缝的尺寸比波长小或相差不多，所以缩小障碍物的尺寸可以使衍射明显。又因为v＝λ/f，当波速一定时，减小频率则波长增大，所以选D. 3(多选)关于波的反射和折射，下列说法正确的是(　　) A．在空旷的山谷里叫喊，可以听到回音，这是声波的反射现象 B．地震波在向上传播的过程中，传播速度发生了改变，则同时发生了折射 C．波的传播方向发生了改变，一定是发生了折射 D．波的传播方向发生了改变，一定是发生了反射 答案：AB 解析：在空旷的山谷里叫喊，可以听到回音，这是声波的反射现象，A正确；地震波在向上传播的过程中，传播速度发生了改变，则传播的介质发生了变化，一定同时伴随波的折射现象，B正确；波的传播方向发生了改变，可能是发生了折射，也可能是发生了反射，C、D错误 4、图中1、2、3分别代表入射线、反射线、折射线,则（ ） A．2与1对应的波的波长、频率相等，波速不等 B．2与1对应的波的波速、频率相等，波长不等 C．3与1对应的波的波速、频率、波长均相等 D．3与1对应的波的频率相等，波速、波长均不等 答案：D 解析：1、2对应的波都在介质a中传播，故1、2对应的波的频率、波速、波长均相等，A、B错误；1、3对应的波是在两种不同的介质中传播，波速不同，但波源相同，因而频率相同，由λ＝v/f得波长不同，故C错误，D正确。 5、一列声波在空气中的波长为0.2 m．当该声波从空气中以某一角度传入介质Ⅱ中时，波长变为0.6 m，如图5所示，若空气中的声速是340 m/s.求： (1)该声波在介质Ⅱ中传播时的频率； (2)该声波在介质Ⅱ中传播的速度； (3)若声波垂直进入介质Ⅱ，经0.4 s返回空气，则介质Ⅱ的深度为多少？ 【解析】 (1)由于声波在不同介质中传播时，频率不变，所以我们可以求该声波在空气中的频率 ，这就是声波在介质II中的频率。（2）在介质II中（3）声波经s传至介质Ⅱ底部，故介质|的深度 $$