3.3 波的反射、折射和衍射（表格式教学设计）物理人教版2019选择性必修第一册

第三节 波的反射、折射和衍射（教学设计） 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第3节 波的反射、折射和衍射 教学 目标 物理观念 1. 知道波的反射、折射、衍射等现象形成的条件； 2. 理解波的反射定律、折射定律和明显衍射的条件。 科学思维 1. 通过生活实例分析和演示实验，理解波的反射、折射、衍射本质； 2. 能够构建物理模型，画出反射、折射示意图。 科学探究 1. 通过水波槽实验探究明显衍射现象的条件； 2. 培养学生观察、分析和归纳物理规律的能力。 科学态度 与责任 1. 勇于探索生活中的物理现象，体会物理知识的重要性； 2. 养成勤于思考、严谨分析的科学态度。 教学重难点 教学重点： 1. 波的反射、折射现象及反射定律、折射定律； 2. 波的衍射及明显衍射的条件； 3. 能够构建物理模型，画出反射、折射示意图。 教学难点： 1. 折射率的理解与计算； 2. 明显衍射条件的理解与应用。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 【课堂引入】 北京天坛回音壁：我们知道，声音在传播过程中，遇到障碍物时会发生反射。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。 观看生活中相关现象的视频，加深理解 结合生活经验讨论回声成因，初步理解波的反射。 新课讲授一、波的反射 【课堂引入】引导学生引出概念 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？ 【定义阐释】 1.定义：当波传播到两种介质的分界面时，一部分返回来继续传播的现象。 2.反射定律：入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分居法线两侧，反射角等于入射角。 3.说明： （1）反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同． （2）波遇到两种介质界面时，总存在反射． 4.学以致用 (1)夏日的雷声轰鸣不绝——声波在云层界面多次反射． (2)回声是声波的反射现象． 声波在普通房间里遇到墙壁，地面，天花板发生反射时，由于距离近，原声与回声几乎同时到达人耳．人耳只能分开相差0.1s以上的声音．所以，在房间里听不到回声，人在房间里讲话感觉声音比在野外大，而普通房间里的慢帐、地毯、衣物等会吸收声波，会影响室内的声响效果． 【结合实际】 1.如图所示，一场大雪过后，人们会感到外面万籁俱静．这是怎么回事？难道是人的活动减少了吗？ 刚下过的雪是新鲜蓬松的，它的表面层有许多小气孔．当外界的声波传入这些小气孔时便要发生反射．由于气孔往往是内部大而口径小．所以，仅有少部分波的能量能通过口径反射回来，而大部分的能量则被吸收掉了．所以不是人的活动减少了。 2.《列子.汤问》里记载：秦青顾谓其友曰：“昔韩娥东之齐，匮粮，过雍门，鬻歌假食。既去而余音绕梁欐，三日不绝，左右以其人弗去。”——传说春秋战国时代，韩国有个名叫韩娥的歌唱能手，为了赞美她的歌声，有了“余音绕梁，三日不绝”这个成语。请解读“余音绕梁，三日不绝” 中的科学知识。 是声波的反射，当然这里运用了夸张的表达手法。 (1)当声源不动时,声波遇到了静止障碍物会返回来继续传播,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 。 (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,声源发声时障碍物到声源的距离为s=(v声+v)。 (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,声源发声时障碍物到声源的距离s=(v声-v) 。 3.蝙蝠在飞行时，会发出一种尖叫声，这是一种超声波信号，是人类无法听到的，因为它的音频很高。这些超声波的信号若在飞行路线上碰到其他物体，就会立刻反射回来，在接收到返回的信息之后，蝙蝠于振翅之间就完成了听、看、计算与绕开障碍物的全部过程。 4.结合生活实际，抽象物理模型 5.原始的捕鱼方法——叉鱼！ 鱼叉是直的，我们看到视频里的鱼叉插进水中是弯的，正如我们看到的水中的铅笔，这就是光的折射现象。机械波会发生折射吗？ 利用知识总结视频，巩固概念 阅读教材，归纳反射规律，完成反射光路图练习。小组讨论实例中的物理原理，计算简单回声测距问题。 新课讲授二、波的折射 【引出定义】 1.定义：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。（同初中光的折射） 2.折射定律：入射线、法线、折射线在同一平面内，入射线与折射线分居法线两侧． 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。（第四章《光》具体介绍） 3.理解 （1）折射的原因：是波在不同介质中的速度不同. （2）当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线。 （3）当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线。 （4）当垂直界面入射时，传播方向不改变。 （5）折射时，波的频率不变，波速和波长都发生改变。 【例题练习】 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 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，A、B错误；波发生折射时，频率不变，波速变，波长变，故C错误，D正确。 答案 D 【应用思考】 4.应用与思考：如图所示，骆驼队白天在沙漠中行走时，队伍后面的喊声，队伍前面往往听不到，而夜晚就不同，听的比较清楚，这是什么原因？ 提示：白天近地面的气温较高，声速较大，声速随离地面高度的增加而减小.导致声音传播方向向上弯曲；夜晚地面温度较低，声速随离地面高度的增加而增加，声波的传播方向向下弯曲，这也是在夜晚声波传播得比较远的原因． 【总结分析】 波的反射与折射对比表 波现象 波的反射 波的折射  传播方向 改变 θ反＝θ入 改变 θ折≠θ入 频率f 不变 不变 波速v 不变 改变 波长λ 不变 改变 理解折射成因，比较不同介质中波速变化对传播方向的影响。讨论并解释生活中波的折射现象，完成折射对比表格。 新课讲授三、波的衍射 【问题引入】 1.我们学过成语“隔墙有耳”，也知道“未见其人，先闻其声”的出处，你知道其中蕴含着物理原理吗？ 2,。在水塘里微风激起的水波遇到突出水面的小石子、芦苇等会出现什么现象？会绕过它们继续传播，好像它们不存在一样。 【引出定义】 1.定义：波绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。 衍——延展之意 波的衍射——波延展到“影子”区域里的现象。 【实验操作】 2.水波槽实验： 对比两幅水波通过孔缝衍射照片，总结发生明显衍射现象的条件: 3.实验现象：在狭缝宽度d一定，不同波长的水波的衍射 4.发生明显衍射的条件： 实验表明：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。 （1）衍射是波特有的现象，一切波都会产生衍射现象。 （2）衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异。 （3）障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是发生明显衍射的条件 （4）一般情况下，波长较大的波容易产生明显的衍射现象。 5.实际应用 无线电波绕过高大建筑物，声波比光波更容易发生明显衍射，主要是因为无线电波和声波的波长较长的缘故。 无线电波：0.3cm~3000m 声波波长：1.7cm~17m 光波波长：0.4μm~0.7μm 【课外拓展思考】 为了追求更高质量的通讯，从2G逐渐升级到5G，波长逐渐减小为分厘米级，这会带来什么弊端吗？ 观察衍射图样，总结明显衍射的条件，区分“衍射存在”与“衍射明显”。分组讨论波长与衍射能力的关系，理解科技发展中的物理原理。 课 堂 练 习 课 堂 练 习 【例1】甲、乙两人站在一堵墙前面，两人相距2a，距墙均为a。当甲开了一枪后，乙在t时间后听到第一声枪响，则乙在什么时候能听到第二声枪响( ) A．听不到 B．甲开枪后3t时间 C．甲开枪后2t时间 D．甲开枪后t时间 【例2】某物体发出的声音在空气中的波长为1 m，波速为340 m/s，在海水中的波长为4.5 m. (1)该波的频率为________Hz，在海水中的波速为________ m/s. (2)若物体在海面上发出的声音经过0.5 s听到回声，则海水深为多少？ 【例3】(多选)如图3-2所示是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O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，下列描述正确的是( ) A．此时能明显观察到波的衍射现象 B．挡板前后波纹间距离相等 C．如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象 D．如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显地观察到衍射现象 【例4】已知空气中的声速为340 m/s，现有周期为120 s和频率为1×104 Hz的两种声波，当它们传播时若遇到宽度约为13 m的障碍物，哪种声波发生的衍射现象较明显？ 板 书 设 计 第3节 波的反射、折射和衍射 一、波的反射 1. 定义：波返回原介质 2. 反射定律：三线共面，反射角=入射角 3. 特点：f、v、λ 不变 二、波的折射 1. 定义：波进入另一介质，方向改变 2. 定律： 3. 特点：f 不变，v、λ 改变 三、波的衍射 1. 定义：波绕过障碍物 2. 明显条件：缝宽/障碍物尺寸 ≤ 波长 3. 特点：一切波都有衍射，明显程度取决于λ/d 课 堂 小 结 通过实例与实验，理解波的反射、折射和衍射的基本规律，掌握反射定律、折射公式和明显衍射的条件，能解释相关生活与科技现象。 作 业 布 置 1.教材课后练习题 2.同步练习册《波的反射、折射和衍射》一节 3.小组任务：观察并记录生活中的波的反射、折射或衍射现象，并简要解释原理。 4.配套同步作业 教 学 反 思 本节课内容贴近生活，学生兴趣较高，但对折射公式的理解仍存在困难，后续可结合光的折射进行类比教学。衍射条件中“相差不多”的表述较为模糊，部分学生理解不准确，建议用具体数据辅助说明。实验环节若条件允许，可让学生动手操作水波槽，增强感性认识。。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $