3.3 波的反射、折射和衍射 教学设计-2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

年级 高二年级 学科 物理 教师 教学 目标 物理观念 通过观察水波、光波的反射与折射演示实验，认识波在传播过程中会发生反射、折射和衍射现象，建立波在两种介质分界面上传播行为变化的物理观念。 科学思维 通过与光的反射、折射规律的类比，理解波的反射定律；能从波速改变的角度解释折射成因，体会类比与建模的思维方法。 科学探究 经历"改变狭缝宽度观察水波衍射"的探究过程，归纳发生明显衍射的条件，培养观察、比较与归纳概括能力。 科学态度 与责任 联系回声、隔墙有耳、"B超"等生活与技术实例，感受物理与生活、技术的紧密联系，乐于探索自然现象中的物理规律。 教学 重难点 1.通过观察实验，认识波的反射、折射和衍射现象；掌握波发生明显衍射现象的条件。 2.重点：波的反射、折射和衍射现象及发生明显衍射的条件；难点：用波速的变化解释折射成因，画出反射、折射的示意图。 教学过程 教师活动 学生活动 教学 引入 教师：上课前，请大家先想一个场景——夏日的雷声为什么轰鸣不绝？对着远处的峭壁大喊一声，为什么会听到回声？ 教师：这些都是声波遇到障碍物发生反射的结果。那么，水波遇到挡板会不会"回头"？波从一种介质进入另一种介质时，传播方向会不会改变？可见光、无线电波也具有这样的行为吗？今天我们就沿着波的传播路线，一起研究波的反射、折射和衍射。 学生：回忆回声现象，思考并讨论教师提出的问题。 新课讲授 新课讲授　一、波的反射 教师：演示实验——在发波水槽的一端装上平板振动发生器，让它产生水波，在水槽中斜放一块挡板，请大家仔细观察水波遇到挡板时发生的现象。 教师：可以看到，水波遇到挡板后被返回来继续传播。如果用一条射线代表水波的入射方向，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。 图1　波的反射示意图 师生总结：一、波的反射 1．定义：波在传播过程中，遇到两种介质的分界面时返回原介质继续传播的现象，叫作波的反射。 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，即 由于反射波与入射波在同种介质中传播，波速不变；反射过程中波的频率也不变，根据可知，反射波的波长也不变。 3．实例：回声、混响。 学生：观察演示实验，描述水波遇到挡板后的现象，对比光的反射规律，归纳波的反射定律。 一、波的反射 新课讲授 二、波的折射 教师：演示"弯曲的光线"——向水槽中发射一束激光，激光在水中传播的路径会发生偏折。机械波也会这样吗？理论和实验证明，一切波都会发生折射。 图2　激光在水中发生偏折 教师：演示二——观察水波在深度不同的水域交界面处的折射。水波在深水区传播得较快，在浅水区传播得较慢，波从深水区进入浅水区时，传播方向发生偏折。 图3　波的折射示意图 师生总结：二、波的折射 1．定义：波从一种介质射入另一种介质时，传播方向发生偏折的现象，叫作波的折射。 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，入射角的正弦与折射角的正弦之比，等于波在第一种介质中的波速与在第二种介质中的波速之比，即 式中的和分别表示波在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的波速。在波的折射中，波的频率不变，波速和波长都发生改变。 3．注意：当入射波速大于折射波速时，折射角折向法线；当入射波速小于折射波速时，折射角折离法线；当波垂直界面入射时，传播方向不改变。 学生：观察激光偏折与水波折射的演示实验，对比光的折射定律，类比归纳波的折射定律。 二、波的折射 新课讲授 三、波的衍射 教师：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。波在什么条件下能够发生明显的衍射现象呢？ 教师：演示——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：狭缝宽度比波长大得多时，波在挡板后面产生"阴影区"；狭缝宽度与波长相差不多或比波长更小时，水波绕到挡板后面继续传播，发生明显的衍射现象。 图4　狭缝宽度不同时水波的衍射照片 教师：若保持狭缝宽度不变而改变水波的波长，实验表明：波长与狭缝宽度相差不多时，衍射现象明显；随着波长减小，衍射现象变得不明显。 师生总结：三、波的衍射 1．定义：波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫作波的衍射。 2．发生明显衍射的条件：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。 3．一切波都能发生衍射，衍射是波的特有现象。 教师：生活中处处有衍射——"隔墙有耳"就是因为声波的波长跟墙壁的尺寸相差不多，声波发生了明显的衍射；医院"B超"使用波长短的超声波，就是为了使超声波不易衍射、方向性好，从而获得清晰的图像。 学生：观察水波通过不同宽度狭缝的传播情况，归纳发生明显衍射的条件，联系生活实例加深理解。 三、波的衍射 课堂 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 图5　例1题图 答案：D。 解析：波发生反射时，反射波2与入射波1在同一种介质中传播，波速、频率、波长均不变，故A、B错误；波发生折射时，折射波3与入射波1的频率相同，但波速改变，由v＝λf可知波长也改变，故C错误，D正确。 学生：独立分析并作答，说明判断依据。 例2　(多选)如图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，每两条相邻波纹之间距离表示一个波长，则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 图6　例2题图 答案：ABC。 解析：从题图中可以看出，孔AB的尺寸与波长相差不多，能够发生明显的衍射现象，选项A正确；同一均匀介质中波速不变，波源的频率一定，由v＝λf可知波长不变，挡板前后波纹间距相等，选项B正确；将孔AB扩大后，孔的宽度与波长有可能不再满足发生明显衍射的条件，选项C正确；孔的大小不变而波源频率增大时，波长变小，孔的宽度将比波长大，有可能观察不到明显的衍射现象，选项D错误。 学生：小组讨论，逐项判断并说明理由。 课堂 小结 本节课在波的形成与描述的基础上，进一步认识了波在传播过程中的三种常见现象：波遇到两种介质的分界面会返回原介质继续传播，形成波的反射，反射角等于入射角，反射波的波速、频率、波长都不变；波从一种介质进入另一种介质时传播方向发生偏折，形成波的折射，折射中波的频率不变，波速和波长改变，入射角与折射角满足折射定律；波可以绕过障碍物继续传播，形成波的衍射，缝、孔或障碍物的尺寸与波长相差不多或比波长更小时，衍射现象才明显。反射、折射和衍射都是波的特有现象，它们在生活与生产技术中有着广泛的应用。 学生：跟随教师梳理本节知识脉络。 板书 设计 第3节　波的反射、折射和衍射 一、波的反射 1．定义：波遇到两种介质的分界面时返回原介质继续传播的现象。 2．反射定律：三线共面，法线居中，两角相等；反射波的波长、频率和波速都与入射波相同。 二、波的折射 1．定义：波从一种介质进入另一种介质时传播方向发生偏折的现象。 3．折射中波的频率不变，波速和波长都改变。 三、波的衍射 1．定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象。 2．发生明显衍射的条件：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。 作业 布置 1．完成教材课后"练习与应用"相关习题。 2．配套同步作业。 学生：记录作业要求。 教学 反思 1．本节内容与生活联系紧密，教学中以回声、水波折射、"隔墙有耳"、"B超"等实例贯穿始终，学生参与度高，但部分学生对"发生明显衍射的条件"中"相差不多"的理解仍停留在定性层面，后续应结合具体数据强化辨析。 2．演示实验是本节课的关键，发波水槽现象的可见度直接影响教学效果，可借助多媒体动画放大细节，帮助学生建立清晰的物理图景。 $