3.3 波的反射、折射和衍射（教学设计）物理人教版选择性必修第一册

该高中物理教学设计聚焦波的反射、折射和衍射核心知识，通过回声、水波反射等生活问题及视频导入，衔接机械波传播模型，搭建从生活现象到物理规律的学习支架。 以实验探究为特色，通过水波槽演示实验观察现象、归纳衍射条件，培养科学探究能力。对比波与光的反射折射规律，锻炼科学思维中的模型建构与对比分析，结合回声测距、沙漠昼夜声传播等实例，深化物理观念，助力学生理解规律应用，提升教师教学效率与学生学习兴趣。

3.3 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 3.3 波的反射、折射和衍射 教学 目标 物理观念 依托机械波传播的模型，认识波的反射、折射、衍射现象；理解波发生反射、折射时频率由波源保持不变，波速由介质决定，折射时波长随介质发生改变；明确衍射是波的固有特性，知晓发生明显衍射现象的条件；建立波在不同介质界面传播的完整物理观念，能用波动观念解释生活中回声、闻其声不见其人等实际现象。 科学思维 运用对比归纳的思维，对比波的反射、折射规律与光的反射、折射规律，实现知识迁移；依托理想化波动模型分析障碍物、狭缝对波传播的影响，辨析 “衍射” 与 “直线传播” 并不矛盾；能对反射、折射情境下波长、波速、频率做逻辑推演，锻炼模型建构、对比分析、抽象概括的科学思维。 科学探究 结合水波槽演示实验，观察波的反射、折射、衍射现象；记录狭缝宽窄、障碍物大小对衍射效果的影响，归纳得出发生明显衍射的条件；能够根据实验现象提出猜想，通过现象对比总结反射定律、折射定性规律；提升观察现象、证据归纳、从实验现象提炼物理规律的探究能力。 科学态度 与责任 感受实验是认识波动现象的重要手段，体会物理模型、实验观察在研究波动现象的价值；能用波的反射、衍射知识解释回声、降噪、隔墙闻声等生活实例，感知物理规律的现实应用；在实验观察中养成尊重实验现象、实事求是的习惯，理解物理现象是复杂的，不能简单套用直线传播的经验判断波的传播行为。 教学重难点 教学重点：认识波的反射、折射现象，掌握反射与折射规律。理解波的衍射，记住产生明显衍射的条件。 教学难点：区分反射、折射、衍射中频率、波速、波长的变化；辨析衍射相关易错概念。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 提出问题： 对着远处的峭壁大喊一声会听到回声，这是什么原因？ 声波的反射 你是否注意过水波的反射？ 水波的反射 波的反射应该遵从什么规律？ 学生回答问题。 学生观看视频并回答问题 做出自己的思考 新课讲授 一、波的反射 （一）波的反射概念 请同学们阅读课文，并总结波的反射的概念？ 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。 入射角 ：入射线与法线的夹角 叫做入射角。 反射角：反射线与法线的夹角 叫做反射角。 2.反射定律： （1）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。 （2）反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同． （3）波遇到两种介质界面时，总存在反射． （二）生活中波的反射现象 1.夏日的雷声轰鸣不绝，声波在云层界面多次反射。 2.人耳只能分开相差0.1s以上的声音,在房间里听不到回声. 3.如图所示，一场大雪过后，人们会感到外面万籁俱寂．这是怎么回事？难道是人的活动减少了吗？ 【分析】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。 4.回声测距的原理是什么？ (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) 。 例1　听者A、声源B和障碍物C在一条直线上，如图所示。声源在听者和障碍物之间，距听者12 m，距障碍物24 m，若听者能将先后两次声音区别开的最短时间间隔是0.1 s。试通过计算，说明听者能否把原声和回声区别开来？已知声音在空气中的传播速度为340 m/s。 学生阅读课文并总结知识点。 完善反射定律的内容 观看视频并提出自己的想法。 尝试回答问题尝试做例题并交流 新课讲授 二、波的折射 （一）思考与讨论 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？ （二）波的折射 请同学们阅读课文，并总结波的折射的概念？ 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。 2.折射定律：折射角（r）：折射波的波线与两介质界面法线的夹角r叫做折射角。 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。 （三）生活中波的反射现象 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？ 【分析】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． （四）波的反射与折射对比 波的反射与折射有什么不同点？ 例2　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。 学生提出自己的猜想。 学生阅读归纳知识点 学生回答问题并交流。 学生对照表格先尝试回答问题。 尝试做例题并交流 新课讲授 三、波的衍射 （一）思考与讨论 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。 （2） 波的衍射 请同学们阅读课文，并总结波的衍射的概念？ 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。 波在什么条件下能够发生明显的衍射现象？ 实验：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。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。 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。 （3） 发生明显衍射的条件 （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。 例3　(2025·天津市第四十三中学高二期中)某同学观察到波长不同的水波通过三个宽度相同的狭缝时的现象，在甲、乙、丙三幅照片中，波长分别是狭缝宽度的、、，如图所示，下列说法正确的是(　　) A.水波通过狭缝后波长变短 B.这是水波的衍射现象，有些波不能发生衍射现象 C.此现象可以说明，波长一定， 缝越窄衍射现象越明显 D.此现象可以说明，缝宽一定，波长越长衍射现象越明显 例4　(2025·百色市高二期末)在一次课外活动中，某同学向平静水面上扔一块石头，形成如图的波形，已知相邻实线间的距离等于一个波长，不考虑水波的反射，水波向外传播遇到如图1、2、3、4四个障碍物，遇到障碍物后水波传播情况为a、b、c、d四种可能形态，正确的是(　　) A.a处 B.b处 C.c处 D.d处 学生观察视频并回答问题。 学生阅读课文并归纳衍射 学生观察实验 归纳衍射条件并交流 尝试做例题并交流 课 堂 练 习 1.下列各图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(①、②图)或障碍物(③、④图)，图中每两条相邻曲线之间距离表示一个波长，其中能发生明显衍射现象的有(　　) A.③④ B.②④ C.①③ D.①② 2.（2023-2024·云南高二期中）下列关于波的衍射的说法正确的是(　　) A.衍射是一切波特有的现象 B.声波容易发生衍射现象是由于声波波长较短 C.只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象 D.对同一列波，缝、孔或障碍物越小，衍射现象越明显 3.（2024·甘肃三模）如图所示，一列简谐横波沿x轴正方向传播，该波从介质1进入到介质2，y轴为两介质的分界面。设该波在介质1、2中的频率分别为 传播速度分别为 ，则下列说法正确的是(　　) A. B. C. D. 4.下列关于波的衍射的说法正确的是(　　) A.衍射是机械波特有的现象 B.对同一列波，缝或孔、障碍物尺寸越小衍射现象越明显 C.只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象 D.声波容易发生衍射现象是由于声波波长较长 板 书 设 计 课 堂 小 结 作 业 布 置 1. 完成课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步作业 教 学 反 思 教学过程中，在引入环节的展示和探究环节的小组活动中，学生热情高涨，用自己的方式去发现反射和折射的规律。这种方式不但让学生参与度高，而且激发了他们主动探究和思考的能力。 在讲解环节中，语言和解释的方式对学生的理解和掌握非常重要。每次讲解时，我会用形象性、生动性强的例子，加强学生的理解和记忆。 在实验环节中，学生的热情和好奇心都被唤起，观察、记录、分析实验数据的过程中，学生的实验技能与动手能力得到了锻炼，增加了对物理学的兴趣。 综述，通过本次教学，我们发现用探究教学法可以调动学生的积极性，让学生依据规律去探究、去思考，能够让学生快速而深刻地理解相关知识点和技能；同时，讲解教学法，实验教学法等也都是教学中常用有效的方法，让学生对于理论知识的掌握，真正实践能力的提升有很大的帮助。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 3.3 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 3.3 波的反射、折射和衍射 教学 目标 物理观念 依托机械波传播的模型，认识波的反射、折射、衍射现象；理解波发生反射、折射时频率由波源保持不变，波速由介质决定，折射时波长随介质发生改变；明确衍射是波的固有特性，知晓发生明显衍射现象的条件；建立波在不同介质界面传播的完整物理观念，能用波动观念解释生活中回声、闻其声不见其人等实际现象。 科学思维 运用对比归纳的思维，对比波的反射、折射规律与光的反射、折射规律，实现知识迁移；依托理想化波动模型分析障碍物、狭缝对波传播的影响，辨析 “衍射” 与 “直线传播” 并不矛盾；能对反射、折射情境下波长、波速、频率做逻辑推演，锻炼模型建构、对比分析、抽象概括的科学思维。 科学探究 结合水波槽演示实验，观察波的反射、折射、衍射现象；记录狭缝宽窄、障碍物大小对衍射效果的影响，归纳得出发生明显衍射的条件；能够根据实验现象提出猜想，通过现象对比总结反射定律、折射定性规律；提升观察现象、证据归纳、从实验现象提炼物理规律的探究能力。 科学态度 与责任 感受实验是认识波动现象的重要手段，体会物理模型、实验观察在研究波动现象的价值；能用波的反射、衍射知识解释回声、降噪、隔墙闻声等生活实例，感知物理规律的现实应用；在实验观察中养成尊重实验现象、实事求是的习惯，理解物理现象是复杂的，不能简单套用直线传播的经验判断波的传播行为。 教学重难点 教学重点：认识波的反射、折射现象，掌握反射与折射规律。理解波的衍射，记住产生明显衍射的条件。 教学难点：区分反射、折射、衍射中频率、波速、波长的变化；辨析衍射相关易错概念。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 提出问题： 对着远处的峭壁大喊一声会听到回声，这是什么原因？ 声波的反射 你是否注意过水波的反射？ 水波的反射 波的反射应该遵从什么规律？ 学生回答问题。 学生观看视频并回答问题 做出自己的思考 新课讲授 一、波的反射 （一）波的反射概念 请同学们阅读课文，并总结波的反射的概念？ 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。 入射角 ：入射线与法线的夹角 叫做入射角。 反射角：反射线与法线的夹角 叫做反射角。 2.反射定律： （1）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。 （2）反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同． （3）波遇到两种介质界面时，总存在反射． （二）生活中波的反射现象 1.夏日的雷声轰鸣不绝，声波在云层界面多次反射。 2.人耳只能分开相差0.1s以上的声音,在房间里听不到回声. 3.如图所示，一场大雪过后，人们会感到外面万籁俱寂．这是怎么回事？难道是人的活动减少了吗？ 【分析】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。 4.回声测距的原理是什么？ (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) 。 例1　听者A、声源B和障碍物C在一条直线上，如图所示。声源在听者和障碍物之间，距听者12 m，距障碍物24 m，若听者能将先后两次声音区别开的最短时间间隔是0.1 s。试通过计算，说明听者能否把原声和回声区别开来？已知声音在空气中的传播速度为340 m/s。 【答案】　能　理由见解析 【】　声波直接到达A的时间t1== s 声波先到达障碍物C，然后到达A的时间 t2== s= s 时间差Δt=t2-t1=(-) s ≈0.14 s>0.1 s， 所以听者能把原声和回声区别开来。 学生阅读课文并总结知识点。 完善反射定律的内容 观看视频并提出自己的想法。 尝试回答问题 尝试做例题并交流 新课讲授 二、波的折射 （一）思考与讨论 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？ （二）波的折射 请同学们阅读课文，并总结波的折射的概念？ 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。 2.折射定律：折射角（r）：折射波的波线与两介质界面法线的夹角r叫做折射角。 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。 （三）生活中波的反射现象 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？ 【分析】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． （四）波的反射与折射对比 波的反射与折射有什么不同点？ 例2　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。 【答案】　(1)1 700 Hz　(2)1 020 m/s 【解析】　(1)声波在空气中传播时，由v=λf 可得声波在空气中传播时的频率 f== Hz=1 700 Hz 由于声波在不同介质中传播时，频率不变，所以声波在介质Ⅱ中传播时，频率为1 700 Hz。 (2)由v=λf 得声波在介质Ⅱ中的传播速度为 v2=λ2f=0.6×1 700 m/s=1 020 m/s。 学生提出自己的猜想。 学生阅读归纳知识点 学生回答问题并交流。 学生对照表格先尝试回答问题。 尝试做例题并交流 新课讲授 三、波的衍射 （一）思考与讨论 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。 （2） 波的衍射 请同学们阅读课文，并总结波的衍射的概念？ 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。 波在什么条件下能够发生明显的衍射现象？ 实验：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。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。 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。 （3） 发生明显衍射的条件 （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。 例3　(2025·天津市第四十三中学高二期中)某同学观察到波长不同的水波通过三个宽度相同的狭缝时的现象，在甲、乙、丙三幅照片中，波长分别是狭缝宽度的、、，如图所示，下列说法正确的是(　　) A.水波通过狭缝后波长变短 B.这是水波的衍射现象，有些波不能发生衍射现象 C.此现象可以说明，波长一定， 缝越窄衍射现象越明显 D.此现象可以说明，缝宽一定，波长越长衍射现象越明显 【答案】　D 【解析】　水波通过狭缝后波长不变，选项A错误；这是水波的衍射现象，衍射是波特有的性质，任何波都能发生衍射现象，选项B错误；该实验的狭缝宽度相等，波长不等，则此现象可以说明，缝宽一定，波长越长衍射现象越明显，选项C错误，D正确。 例4　(2025·百色市高二期末)在一次课外活动中，某同学向平静水面上扔一块石头，形成如图的波形，已知相邻实线间的距离等于一个波长，不考虑水波的反射，水波向外传播遇到如图1、2、3、4四个障碍物，遇到障碍物后水波传播情况为a、b、c、d四种可能形态，正确的是(　　) A.a处 B.b处 C.c处 D.d处 【答案】　C 【解析】　当障碍物或孔的尺寸与机械波的波长相比差不多或小于波长时，才可发生明显的衍射现象，由题图可知，障碍物1中的孔或者障碍物4的尺寸与水波的波长差不多，则水波通过障碍物1中的孔或者障碍物4时能发生明显的衍射现象，题图中a、d两处水波的形态错误；障碍物3中的孔或者障碍物2的尺寸比水波的波长更大，则水波通过障碍物3中的孔或者障碍物2时不能发生明显的衍射现象，故b处水波形态错误，c处水波形态正确。故选C。 学生观察视频并回答问题。 学生阅读课文并归纳衍射 学生观察实验 归纳衍射条件并交流 尝试做例题并交流 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1.下列各图分别表示一列水波在传播过程中遇到了小孔(①、②图)或障碍物(③、④图)，图中每两条相邻曲线之间距离表示一个波长，其中能发生明显衍射现象的有(　　) A.③④ B.②④ C.①③ D.①② 【答案】B 【解析】一列水波在传播过程中遇到了小孔(①②图)，相比而言②图的孔洞的尺寸比①图小，且②的波长与小孔的尺寸差不多，所以②图能发生明显的衍射现象；一列水波在传播过程中遇到了障碍物(③④图)，相比而言④图的障碍物的尺寸比③图小，且④的波长大于障碍物的尺寸，所以④图能发生明显的衍射现象，故选项B正确。 2.（2023-2024·云南高二期中）下列关于波的衍射的说法正确的是(　　) A.衍射是一切波特有的现象 B.声波容易发生衍射现象是由于声波波长较短 C.只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象 D.对同一列波，缝、孔或障碍物越小，衍射现象越明显 【答案】A/D 【解析】衍射是一切波特有的现象，选项A正确；声波容易发生明显衍射现象是由于声波波长较长，选项B错误；横波和纵波都能发生衍射现象，选项C错误；对同一列波，缝、孔或障碍物越小，衍射现象越明显，选项D正确。 3.（2024·甘肃三模）如图所示，一列简谐横波沿x轴正方向传播，该波从介质1进入到介质2，y轴为两介质的分界面。设该波在介质1、2中的频率分别为 传播速度分别为 ，则下列说法正确的是(　　) A. B. C. D. 【答案】A 【解析】该机械波是同一个波源产生的，故频率相同，即，由图可知，由，可得 4.下列关于波的衍射的说法正确的是(　　) A.衍射是机械波特有的现象 B.对同一列波，缝或孔、障碍物尺寸越小衍射现象越明显 C.只有横波才能发生衍射现象，纵波不能发生衍射现象 D.声波容易发生衍射现象是由于声波波长较长 【答案】BD 【解析】不是只有机械波(包括横波和纵波)能发生衍射现象，其他类型的波也能发生衍射现象，衍射是一切波特有的现象，所以选项A、C错误；发生明显的衍射是有条件的，只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相比差不多或比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象，所以选项B正确；声波的波长在1.7 cm到17 m之间，一般常见的障碍物或孔的大小可与之相比，正是由于声波波长较长，所以声波容易发生衍射现象，所以选项D正确． 板 书 设 计 课 堂 小 结 作 业 布 置 1. 完成课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步作业 教 学 反 思 本次教学活动，教师采用了演示法，讨论法、实验法和计算法等多种教学方法，形式多样，使学生的学习过程更加生动有趣。通过本次教学，学生不仅掌握了波的基本概念和分类，还深入了解了波的传播和叠加等方面的知识，同时提高了学生的实验能力和数学运算能力。但是，教师在教学过程中也存在一些不足。首先，时间的分配需要更加合理，两节课的时间对于本章节的内容来说有些紧张，教师需要更好地安排时间，保证每个部分的教学效果。其次，教师需要更多地引导学生界考，让学生自主探究，培养学生的思维能力和探究精神，增强学生的学习主动性和自我学习能力。 本篇文档主要针对人教版高中物理选择性必修第一册《波的描述》一章，介绍了该章节的教学内容、教学方法和教学反思。在教学的实践过程中,要根据学生的实际情况和教学目标,灵活运用各种教学方法，注重培养学生的实验能力和数学运算能力，同时引导学生思考，培养学生的思维能力和探究精神,提高学生的学习主动性和自我学习能力。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $