物理选择性必修 第一册3 波的反射、折射和衍射优秀教案设计

第三章　机械波

第3节　波的反射、折射和衍射

【教材分析】

本节课程是学生在了解了波的形成及传播的基础上学习的，旨在引导学生认识波在传播的过程中还可能发生反射、折射以及衍射等物理现象，通过对本节课程的学习认识到反射、折射、衍射形成的条件，及对应的物理现象，能够对将来学习光的反射、折射以及衍射奠定了一定的物理基础。

【教学目标与核心素养】

【物理观念】了解波在传播过程中可能发生反射、折射、衍射等物理现象并知道这些物理现象形成的条件。

【科学思维】通过生活实例的分析以及观察演示实验，直接体验生活中处处存在着物理现象和自然规律，从而激发学生学习物理，探究物理知识的热情，培养仔细观察，抓住事物本质的思维品质。

【科学探究】在对实验的操作中让学生体会到波的特性，并利用小组讨论帮助学生开拓思维，引导学生对实验现象及实验条件进行科学探究，养成良好的思维习惯。

【科学态度与责任】要勇于探索生活中的物理现象，勤于思考，体会物理知识在生活中的重要性。

【教学重点与难点】

【教学重点】波的反射、折射现象及折射率的计算；波的衍射，以及波产生明显衍射现象的条件。

【教学难点】构建物理模型，能够画出反射、折射的示意图，知道不同物理现象对应物理量中的变量与不变量。

【教学过程】

一、【引入新课】

想一想：

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。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？

蝙蝠在飞行的时候，喉内能够产生超声波，超声波通过口腔发射出来。当超声波遇到昆虫或障碍物而反射回来时，蝙蝠能够用耳朵接受，并能判断探测目标是昆虫还是障碍物，以及距离它有多远。人们通常把蝙蝠的这种探测目标的方式，叫做“回声定位”。

蝙蝠的回声定位

回声探测设备是最早的一类水下声学仪器，这种设备得到了广泛地应用。所有这样的设备都有一个共同的特点：它们都利用一组发射换能器在水下发射声波，使声波沿海水介质传播，直到碰到目标后再被反射回来，反射回来的声波被接收换能器接收。然后再由声纳员或计算机处理收到的信号，进而确定目标的参数和类型。

回声探测仪

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。

二、【进行新课】

探究点一、波的反射

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到原介质继续传播的现象。

2．波的反射定律：当波传播到两种介质的交界处发生反射时，入射线、法线、反射线在同一平面内，入射线与反射线分别位于法线的两侧，而且入射角等于反射角；反射波的波长、频率和波速都与入射波相同。

现象：波遇到障碍物会返回来继续传播。

特点：反射角等于入射角，反射波的波长、频率和波速都和入射波相同。

实例：回声、混响

探究点二、波的折射

波的折射

1．定义：波在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生偏折的现象。

2．折射定律：波从第一种介质进入第二种介质分界面处会发生折射现象，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波速跟第二种介质中的波速之比，即，这就是波的折射定律。

现象：波从一种介质射入另一种介质时，传播的方向会发生改变。

现象：波从一种介质射入另一种介质时，传播的方向会发生改变。

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。

折射率

水波的折射

折射定律：

波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同。

注意：

1.当入射速度大于折射速度时，折射角折向法线。

2.当入射速度小于折射速度时，折射角折离法线。

3.当垂直界面入射时，传播方向不改变，属折射中的特例。

4.在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变。

波在反射、折射时的频率、波速和波长

探究点二、波的衍射

波的衍射：波可以绕过障碍物继续传播的现象。

1.发生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长差不多。

2.关于衍射的两点说明

(1)衍射始终存在，只是有的衍射明显，有的衍射不明显。

(2)衍射和干涉都是波的特有现象，一切波都能发生干涉和衍射。

水波的衍射实验

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（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）。

波长一定的水波通过宽度不同的狭缝

现象：水波绕过小孔或障碍物继续传播。

说明：

①衍射是波特有的现象；一切波都能发生衍射。

②衍射现象总是存在的，只有明显和不明显的差异。

观察波长对衍射现象的影响

波长逐渐增大的衍射现象

在狭缝宽度一定的情况下，波长对衍射实验的影响

结论：

1.障碍物较大时对波有影响，较小时对波没有影响，即障碍物比较小时能发生明显衍射，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；窄缝宽度跟波长相比非常大时，水波将直线传播，观察不到衍射现象。

发生明显衍射现象的条件：

障碍物或孔的尺寸比波长小，或跟波长相差不多。

说明：①障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是衍射现象是否明显的条件。一般情况下，波长较大的波容易产生显著的衍射现象。

②波传到小孔(或障碍物)时，小孔(或障碍物)仿佛是一个新的波源，由它发出与原来同频率的波(称子波)在孔后传播，于是就出现了偏离直线传播的衍射现象。

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。

一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象。

课堂重点知识小结

随堂练习

例1：(单选）如图所示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】反射波的波速、波长、频率都相等，折射波的频率不变，波长和波速发生改变，故D正确。

例2：(多选)关于波的反射与折射，下列说法正确的是(　　)

A.波发生反射时，波的频率不变，波速变小，波长变短

B.波发生反射时，波的频率、波长、波速均不变

C.波发生折射时，波的频率、波长、波速均发生变化

D.波发生折射时，波的频率不变，但波长、波速均发生变化

【答案】BD

【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错误，B正确；波在不同种介质中运动时发生折射，波速发生变化，但频率由振源决定，波的频率不变，由v=λf可知波长也发生变化，C错误，D正确。

例3：(多选)如图所示为水波的衍射现象，S为波源，d为挡板上的小孔宽度，相邻弧线间距为一个波长，其中符合事实的是(　　)

【答案】BC

【解析】选项A、B中小孔宽度大于波长，衍射现象不明显，挡板会阻碍波的传播，故A不符合事实、B符合事实；选项C、D中小孔宽度小于波长，衍射现象明显，但穿过小孔后波速和频率不变，波长应不变，故C符合事实，D不符合事实。

例4：(多选)下列现象属于波的衍射现象的是(　　)

A.隔墙有耳

B.空山不见人，但闻人语响

C.余音绕梁，三日而不绝

D.夏日雷声轰鸣不绝

【答案】AB

【解析】余音绕梁，三日而不绝”和“夏日雷声轰鸣不绝”主要是由声音的反射引起的，不属于波的衍射现象。“隔墙有耳”和“空山不见人，但闻人语响”属于波的衍射现象。