【教案】波的反射、折射和衍射+教案-2022-2023學(xué)年高二上學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊

.3波的反射、折射和衍射〖教材分析〗在初中學(xué)過光的反射和折射，光也是一種波，這個(gè)學(xué)生容易理解。衍射是波特有的現(xiàn)象，也為后面學(xué)習(xí)光的衍射做鋪墊。課本以水波為例，水波易于觀察，本節(jié)課學(xué)生感覺到衍射是非常抽象難學(xué)，主要原因在于，波的動態(tài)變化。教學(xué)的關(guān)鍵還是在做好實(shí)驗(yàn)的演示和講解。特別注意障礙物和縫隙的解析。〖教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念∶知道波的反射、折射、衍射等現(xiàn)象形成的條件?？茖W(xué)思維∶通過生活實(shí)例的分析以及觀察演示實(shí)驗(yàn)，理解波的反射、折射、衍射本質(zhì)?？茖W(xué)探究：探究產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的研究，使學(xué)生養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任∶要勇于探索生活中的物理現(xiàn)象，勤于思考，體會物理知識在生活中的重要性。〖教學(xué)重難點(diǎn)〗教學(xué)重點(diǎn)：波的反射、折射現(xiàn)象及折射率的計(jì)算；波的衍射，以及波產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件。教學(xué)難點(diǎn)：構(gòu)建物理模型，能夠畫出反射、折射的示意圖，知道不同物理現(xiàn)象對應(yīng)物理量中的變化?！冀虒W(xué)準(zhǔn)備〗一大盆水〖教學(xué)過程〗一、新課引入我們知道，聲音在傳播過程中，遇到障礙物時(shí)會發(fā)生反射。對著遠(yuǎn)處的峭壁大喊一聲會聽到回聲，就是聲波在峭壁上反射的結(jié)果。生活中，你是否注意過水波的反射？波的反射應(yīng)該遵從什么規(guī)律？用一盆水來做演示。二、新課教學(xué)（一）波的反射我們可以通過實(shí)驗(yàn)來研究水波的反射規(guī)律。演示：水波的反射在巨大的水槽中丟入一石塊，觀察產(chǎn)生的水波遇到槽壁的情形?，F(xiàn)象：波被反射回來。我們把這種現(xiàn)象稱為波的反射。波的反射：當(dāng)波傳播到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分返回來繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。當(dāng)水波遇到擋板時(shí)會發(fā)生反射。如果用一條射線代表水波的入射方向（入射線），用另一條射線代表水波的反射方向（反射線），我們發(fā)現(xiàn)水波的反射與初中學(xué)過的光的反射遵循同樣的規(guī)律。反射線、法線與入射線在同一平面內(nèi)，反射線與入射線分居法線兩側(cè)，反射角等于入射角。（二）波的折射思考：我們知道光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)會發(fā)生折射，機(jī)械波會發(fā)生折射嗎？用動態(tài)圖演示波的折射過程。如圖所示。理論和實(shí)驗(yàn)證明，一切波都會發(fā)生折射現(xiàn)象。一列水波在深度不同的水域傳播時(shí)，在交界面處將發(fā)生折射。波的折射：波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，波的傳播方向發(fā)生了改變的現(xiàn)象。如果用一條射線代表水波的入射方向，用另一條射線代表水波的折射方向，可以更清晰地看出水波的折射現(xiàn)象。（三）波的衍射在水塘里，微風(fēng)激起的水波遇到小石、蘆葦?shù)燃?xì)小的障礙物，等會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？通過實(shí)驗(yàn)視頻進(jìn)行講解。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明：波會繞過它們繼續(xù)傳播。即使在波的前進(jìn)方向上放一個(gè)有孔的屏，可以看到波通過小孔而在屏的后面向各個(gè)方向傳播。波在傳播過程中會被較大了障礙物擋住，這樣就會在障礙物后方形成一個(gè)沒有波的陰影區(qū)，但是障礙物較小時(shí)不就會繞過他繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象被稱作波的衍射。波的衍射：繞過障礙物繼續(xù)傳播的的現(xiàn)象。注意：障礙物可以實(shí)物體或者縫隙。有的時(shí)候衍射比較明顯，有的就比較暗淡，那么波在什么條件下能夠發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象？演示：水波的衍射在水槽里放兩塊擋板，中間留一個(gè)狹縫，觀察水波通過狹縫后的傳播情況。保持水波的波長不變，改變狹縫的寬度，觀察水波的傳播情況有什么變化。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在波的傳播方向上放上兩塊擋板，擋板中間留有適當(dāng)?shù)目p隙，如果波前進(jìn)沿直線傳播，應(yīng)該只有正前方區(qū)才有波的傳播，但實(shí)際上你會發(fā)現(xiàn)在擋板的后面一些本來不應(yīng)該有波的區(qū)域，卻能看到波的傳播。通過動畫演示解釋上述實(shí)驗(yàn)——改變縫的寬度首先在不改變波源的情況下，將擋板的縫隙調(diào)整，就會發(fā)現(xiàn)波基本上是直線傳播的，在擋把后方波的傳播被擋板擋住了，演示現(xiàn)象不明顯。接下來將擋板的縫隙減，這時(shí)縫隙的大小與波長近似，在擋板后方就出現(xiàn)了明顯衍射現(xiàn)象，最后將擋板縫隙減少到比波長還要小，擋板后面的波的傳播范圍不但沒有減小，反而擴(kuò)大了，也就是說多的衍射現(xiàn)象變得更加明顯了。結(jié)論1：發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件縫隙的尺寸跟波長相差不多，或者比波長小。實(shí)驗(yàn)探究二：改變波的波長保持縫隙的寬度不變，分別將波長調(diào)整到放寬的3/10，5/10，還有7/10同樣可以發(fā)現(xiàn)放寬越接近波長，衍射現(xiàn)象越明顯。這與之前的結(jié)論相同。實(shí)驗(yàn)表明，只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小時(shí)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。衍射在生活中例子不只是水波，聲波也能發(fā)生衍射?！奥勂渎暥灰娖淙恕?，這是司空見慣的現(xiàn)象。通常的聲波，波長在1.7cm~17m之間，跟一般障礙物的尺寸相當(dāng)，所以聲波能繞過一般的障礙物，使我們能聽到障礙物另一側(cè)的聲音?？傊阂磺胁ǘ寄馨l(fā)生衍射。衍射是波特有的現(xiàn)象。課堂練習(xí)例1：(多選)如圖所示是觀察水面波衍射的實(shí)驗(yàn)裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個(gè)孔，O是波源，圖中已畫出波源所在區(qū)域波的傳播情況，每兩條相鄰波紋(圖中曲線)之間的距離表示一個(gè)波長，則對于波經(jīng)過孔之后的傳播情況，下列描述正確的是()A.此時(shí)能明顯觀察到波的衍射現(xiàn)象B.擋板前后波紋間距離相等C.如果將孔AB擴(kuò)大，有可能觀察不到明顯的衍射現(xiàn)象D.如果孔的大小不變，使波源頻率增大，能觀察到的更明顯衍射現(xiàn)象解析：從題圖中可以看出，孔的大小與波長相差不多，故能夠發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)A正確；由于在同一均勻介質(zhì)中，波的傳播速度沒有變化，波的頻率是一定的，又根據(jù)可得波長λ沒有變化，所以選項(xiàng)B正確；當(dāng)孔擴(kuò)大后，發(fā)生明顯衍射的條件將被破壞，故選項(xiàng)C正確；如果孔的大小不變，使波源頻率增大，則波長減小，孔的尺寸將比波長大，失去發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象的條件，因此選項(xiàng)D錯誤。:例2：兩塊擋板，其中M固定，擋板N可以上下移動?，F(xiàn)在把M、N兩塊擋板中的空隙當(dāng)作一個(gè)“小孔”做水波的衍射實(shí)驗(yàn)，出現(xiàn)了圖示中的圖樣，P點(diǎn)的水沒有振動起來。為了使擋板左邊的振動傳到P可以采取什么方法嗎？解析：為了P點(diǎn)發(fā)生震動，實(shí)際就是使衍射更明顯，那就是讓孔或者障礙物的尺寸更長，尺寸差不多或者比波長小。既然題目中P點(diǎn)沒有震動，就說明一定是孔的尺寸大于波長很多。顯然可以通過減小孔的尺寸來使P點(diǎn)振動，也就是將N版向上移動適當(dāng)距離。還有一種方法是增加波長，根據(jù)公式波長等于波速除以頻率，因?yàn)樵谕N介質(zhì)中波速不變，所以可以通過減小波源頻率來增加波長，從而P點(diǎn)發(fā)生震動。以后，遇到這一類問題，只要找到減小孔尺寸或者增加波長的方法就可以解決啦。但是這里要提醒你，雖然這兩種方法都可以使演示現(xiàn)象更明顯，但孔的尺寸較小時(shí)，通過孔傳遞了能量有限，衍射現(xiàn)象反而不容易觀察到。〖板書設(shè)計(jì)〗3.3波的反射、折射和衍射一、波的反射：當(dāng)波傳播到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分返回來繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。二、波的折射：波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，波的傳播方