3.3波的反射折射和衍射教學設(shè)計-高二上學期物理人教版選擇性

3.3波的反射、折射和衍射課題波的反射、折射和衍射教學時間1課時教學對象高二年級課型新課教學分析本節(jié)選自高中物理人教版2019選擇性必修一第三章第三節(jié)，是上一節(jié)波的描述的具體運用，即波的一些物理現(xiàn)象。學生已學習過機械波的相關(guān)概念，以及光的折射和反射，已經(jīng)具備一定的抽象思維和歸納推理以及演繹推理的能力。此節(jié)也是為后面學習光的相關(guān)特性做鋪墊，在前后章節(jié)中起到銜接作用。教學目標(1)通過實驗認識波的反射、折射和衍射現(xiàn)象。(2)通過用射線解釋反射、折射現(xiàn)象，，掌握演繹推理和類比學習的方法。(3)知道波的衍射現(xiàn)象和波產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件。(4)根據(jù)觀察到的實驗現(xiàn)象得出相關(guān)結(jié)論。教學重難點教學重點(1)通過觀察實驗，認識波的反射、折射和衍射現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件。教學難點(1)波的衍射的理解。(2)波的衍射與波沿直線傳播的區(qū)別。教學準備多媒體課件教學過程新課引入教師設(shè)問：夏日的雷聲轟鳴不絕，這是為什么？學生回答：這是聲波在云層界面多次反射造成的。教師設(shè)問：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？學生回答：這是聲波在云層界面多次反射造成的。講授新課一、波的反射我們可以通過實驗來研究水波的反射規(guī)律。演示：水波的反射如上圖，在發(fā)波水槽一端有一平板振動發(fā)生器，振動發(fā)生器在水槽中能夠產(chǎn)生水波。在水槽中斜向放置一個擋板，觀察水波在傳播過程中發(fā)生的現(xiàn)象。法線法線分界面實驗結(jié)果表明，當水波遇到擋板時會發(fā)生反射。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反射方向，我們發(fā)現(xiàn)水波的反射與初中學過的光的反射遵循同樣的規(guī)律。定義：波在傳播的過程中，遇到兩種介質(zhì)的分界面時返回到原介質(zhì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫作波的反射。規(guī)律：(1)三線共面、法線居中、兩角相等。(2)由于在同種介質(zhì)中波的速度不變，頻率不變，根據(jù)v=λf可知波長λ不變。二、波的折射機械波會發(fā)生折射嗎？理論和實驗證明，一切波都會發(fā)生折射現(xiàn)象。演示一：“彎曲的光線”如上圖，向水槽發(fā)射一束激光，觀察現(xiàn)象。實驗結(jié)果表明，當光波在不同介質(zhì)中傳播時會發(fā)生折射。演示二：波在深度不同的水域交界面處的折射體會水波在深度不同交界面處發(fā)生折射的原因：水波在深水區(qū)傳播的較快，淺水區(qū)較慢。定義：機械波等從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時傳播方向發(fā)生偏折。規(guī)律：波在同種或不同種介質(zhì)中的傳播速度不一樣。三、波的衍射在水塘里，微風激起的水波遇到小石、蘆葦?shù)燃毿〉恼系K物，會繞過它們繼續(xù)傳播。在波的前進方向上放一個有孔的屏，可以看到波通過小孔而在屏的后面向各個方向傳播。定義：波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫作波的衍射。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，中間留一個狹縫，觀察水波通過狹縫后的傳播情況(圖甲)。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(圖乙)。甲甲乙通過實驗可以看到，在狹縫寬度比波長大得多的情況下，波的傳播如同光沿直線傳播一樣，在擋板后面產(chǎn)生“陰影區(qū)”，如圖甲所示；在狹縫寬度與波長相差不多或者狹縫寬度比波長更小的情況下，發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，水波可以繞到擋板后面繼續(xù)傳播，如圖乙所示。(需要注意的是，當孔的尺寸遠小于波長時，盡管衍射十分突出，但由于衍射波的能量很弱，衍射現(xiàn)象不容易觀察到。)甲乙丙若保持狹縫的寬度不變，改變水波的波長，觀察波的傳播情況有什么變化。如圖所示是實驗時拍攝的照片，在甲、乙、丙三幅照片中，波長分別是狹縫寬度的、、。對比這三張照片會再次看到，波長與狹縫寬度相差不多時，有明顯的衍射現(xiàn)象，隨著波長的減小，衍射現(xiàn)象變得不明顯?？梢酝茢啵敳ㄩL與狹縫寬度相比非常小時，水波將沿直線傳播，觀察不到衍射現(xiàn)象。甲乙甲乙丙甲乙丙觀察到明顯衍射的條件：只有縫、孔的寬或障礙物的尺寸跟波長相差不多，或者比波長更小時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象?！案魤τ卸默F(xiàn)象”的原因是聲波和墻壁的尺寸差不多，發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。通常的聲波，波長為1.7cm～17m，跟一般的障礙物的尺寸相當，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。一切波都能發(fā)生衍射，衍射是波特有的現(xiàn)象。典題剖析例1圖中1、2、3分別代表入射波、反射波、折射波的波線，則()A．2與1的波長、頻率相等，波速不等B．2與1的波速、頻率相等，波長不等C．3與1的波速、頻率、波長均相等D．3與1的頻率相等，波速、波長均不等答案：D解析：波發(fā)生反射時，在同一種介質(zhì)中運動，因此波長、波速和頻率不變，故選項A、B錯誤；波發(fā)生折射時，頻率不變，波速變，波長變，故選項C錯誤，選項D正確。例2如圖所示是利用發(fā)波水槽觀察到的水波衍射圖像，從圖像可知()A．B側(cè)波是衍射波B．A側(cè)波速與B側(cè)波速相等C．減小擋板間距離，衍射波的波長將減小D．增大擋板間距離，衍射現(xiàn)象將更明顯答案：B解析：小孔相當于衍射波的波源，A側(cè)波是衍射波，A錯誤；在同一種介質(zhì)中，波速相等，故B正確；根據(jù)波速、波長和頻率的關(guān)系式v＝λf，由于波速和頻率不變，故波長不變，故C錯誤；在波長無法改變的情況下減小擋板間距會使衍射現(xiàn)象更明顯，故D錯誤。例3(多選)如圖所示是觀察水面波衍射的實驗裝置，AC和BD是兩塊擋板，AB是一個孔，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)之間距離表示一個波長，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，能更明顯地觀察到衍射現(xiàn)象答案：ABC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A正確；在同一均勻介質(zhì)中，波的傳播速度不變，頻率一定，根據(jù)v＝λf可得波長λ沒有變化，選項B正確；將孔擴大