【教案】波的反射、折射和衍射+教案-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

.3波的反射、折射和衍射〖教材分析〗在初中学过光的反射和折射，光也是一种波，这个学生容易理解。衍射是波特有的现象，也为后面学习光的衍射做铺垫。课本以水波为例，水波易于观察，本节课学生感觉到衍射是非常抽象难学，主要原因在于，波的动态变化。教学的关键还是在做好实验的演示和讲解。特别注意障碍物和缝隙的解析。〖教学目标与核心素养〗物理观念∶知道波的反射、折射、衍射等现象形成的条件。科学思维∶通过生活实例的分析以及观察演示实验，理解波的反射、折射、衍射本质。科学探究：探究产生明显衍射现象的研究，使学生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化。〖教学准备〗一大盆水〖教学过程〗一、新课引入我们知道，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？用一盆水来做演示。二、新课教学（一）波的反射我们可以通过实验来研究水波的反射规律。演示：水波的反射在巨大的水槽中丢入一石块，观察产生的水波遇到槽壁的情形。现象：波被反射回来。我们把这种现象称为波的反射。波的反射：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。当水波遇到挡板时会发生反射。如果用一条射线代表水波的入射方向（入射线），用另一条射线代表水波的反射方向（反射线），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。反射线、法线与入射线在同一平面内，反射线与入射线分居法线两侧，反射角等于入射角。（二）波的折射思考：我们知道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？用动态图演示波的折射过程。如图所示。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。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。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。（三）波的衍射在水塘里，微风激起的水波遇到小石、芦苇等细小的障碍物，等会出现什么现象？通过实验视频进行讲解。实验现象表明：波会绕过它们继续传播。即使在波的前进方向上放一个有孔的屏，可以看到波通过小孔而在屏的后面向各个方向传播。波在传播过程中会被较大了障碍物挡住，这样就会在障碍物后方形成一个没有波的阴影区，但是障碍物较小时不就会绕过他继续传播，这种现象被称作波的衍射。波的衍射：绕过障碍物继续传播的的现象。注意：障碍物可以实物体或者缝隙。有的时候衍射比较明显，有的就比较暗淡，那么波在什么条件下能够发生明显的衍射现象？演示：水波的衍射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。实验现象：在波的传播方向上放上两块挡板，挡板中间留有适当的缝隙，如果波前进沿直线传播，应该只有正前方区才有波的传播，但实际上你会发现在挡板的后面一些本来不应该有波的区域，却能看到波的传播。通过动画演示解释上述实验——改变缝的宽度首先在不改变波源的情况下，将挡板的缝隙调整，就会发现波基本上是直线传播的，在挡把后方波的传播被挡板挡住了，演示现象不明显。接下来将挡板的缝隙减，这时缝隙的大小与波长近似，在挡板后方就出现了明显衍射现象，最后将挡板缝隙减少到比波长还要小，挡板后面的波的传播范围不但没有减小，反而扩大了，也就是说多的衍射现象变得更加明显了。结论1：发生明显衍射现象的条件缝隙的尺寸跟波长相差不多，或者比波长小。实验探究二：改变波的波长保持缝隙的宽度不变，分别将波长调整到放宽的3/10，5/10，还有7/10同样可以发现放宽越接近波长，衍射现象越明显。这与之前的结论相同。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。衍射在生活中例子不只是水波，声波也能发生衍射。“闻其声而不见其人”，这是司空见惯的现象。通常的声波，波长在1.7cm~17m之间，跟一般障碍物的尺寸相当，所以声波能绕过一般的障碍物，使我们能听到障碍物另一侧的声音。总之：一切波都能发生衍射。衍射是波特有的现象。课堂练习例1：(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(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，能观察到的更明显衍射现象解析：从题图中可以看出，孔的大小与波长相差不多，故能够发生明显的衍射现象，选项A正确；由于在同一均匀介质中，波的传播速度没有变化，波的频率是一定的，又根据可得波长λ没有变化，所以选项B正确；当孔扩大后，发生明显衍射的条件将被破坏，故选项C正确；如果孔的大小不变，使波源频率增大，则波长减小，孔的尺寸将比波长大，失去发生明显的衍射现象的条件，因此选项D错误。:例2：两块挡板，其中M固定，挡板N可以上下移动。现在把M、N两块挡板中的空隙当作一个“小孔”做水波的衍射实验，出现了图示中的图样，P点的水没有振动起来。为了使挡板左边的振动传到P可以采取什么方法吗？解析：为了P点发生震动，实际就是使衍射更明显，那就是让孔或者障碍物的尺寸更长，尺寸差不多或者比波长小。既然题目中P点没有震动，就说明一定是孔的尺寸大于波长很多。显然可以通过减小孔的尺寸来使P点振动，也就是将N版向上移动适当距离。还有一种方法是增加波长，根据公式波长等于波速除以频率，因为在同种介质中波速不变，所以可以通过减小波源频率来增加波长，从而P点发生震动。以后，遇到这一类问题，只要找到减小孔尺寸或者增加波长的方法就可以解决啦。但是这里要提醒你，虽然这两种方法都可以使演示现象更明显，但孔的尺寸较小时，通过孔传递了能量有限，衍射现象反而不容易观察到。〖板书设计〗3.3波的反射、折射和衍射一、波的反射：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。二、波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方