人教版高中物理选择性必修1第3章第3节 波的反射、折射和衍射教学设计

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人教版高中物理选择性必修1第3章第3节 波的反射、折射和衍射教学设计课题 波的反射、折射和衍射单元3学科物理年级高二教材分析学生在初中阶段已经学过光的反射、折射以及回声等的初步知识。本节内容在相关实例的基础上，以生活中常见的水波为例，介绍了波的反射、折射和衍射现象，进步 加深对波的特性的认识。对波的衍射现象的研究是一个科学探究的过程， 教学的关键在于对实验的演示、观察和对实验现象的分析。为了有助于分析实验现象，可以在观察真实现象的同时利用动画进行模拟，以便学生对衍射现象留下更加深刻的印象。波的反射、折射是常见的现象，可通过与光的反射、折射的类比，从对实验现象的研究中概括出规律。对波的反射、折射和行射现象的研究，既是对运动观念的拓展，也是培养科学思维与科学探究能力的重要途径，还是培养学生科学态度与责任的载体。教学目标与核心素养(1)通过实验认识波的反射和折射现象(2)通过用射线解释反射、折射现象，认识波动中建构物理模型的方法。(3)知道波的衍射现象和波产生明显衍射现象的条件。物理观念：知道什么是波的反射、折射和衍射现象，知道发生明显衍射现象的条件。科学思维：知道波发生反射现象时，反射角等于入射角．掌握入射角与折射角关系。科学思维：了解波的衍射在生活中的应用，感受物理与生活之间的联系。科学态度与价值观：在学习过程中培养学生的科学思维与科学探究能力，同事培养学生科学态度与责任。重点知道什么是波的反射、折射和衍射现象，知道发生明显衍射现象的条件。难点知道什么是波的反射、折射和衍射现象，知道发生明显衍射现象的条件。教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图导入新课我们知道，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?观察水波的反射。 从学生熟知的声波的反射引入课题，由陌生到熟悉。增强知识的连贯性。讲授新课一、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。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。入射角i：入射线与法线的夹角i叫做入射角。反射角i’：反射线与法线的夹角i’ 叫做反射角。反射定律：（1）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。（2）反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同．（3）波遇到两种介质界面时，总存在反射． 1．回声是声波的反射现象．对着山崖或高墙说话，声波传到山崖或高墙时，会被反射回来继续传播．2．夏日的雷声轰鸣不绝．声波在云层界面多次反射．3．在空房间里讲话感觉声音响．声波在普通房间里遇到墙壁，地面，天花板发生反射时，由于距离近，原声与回声几乎同时到达人耳．人耳只能分开相差0.1s以上的声音．所以，在房间里听不到回声，人在房间里讲话感觉声音比在野外大，而普通房间里的慢帐、地毯、衣物等会吸收声波，会影响室内的声响效果．课堂练习1、有一辆汽车以15 m/s的速度匀速行驶,在其正前方有一陡峭山崖,汽车鸣笛2 s后司机听到回声,此时汽车距山崖的距离有多远?(v声=340 m/s)解析：汽车匀速行驶,速度为v车=15 m/s,声音在空气中传播速度不变。汽车从发出笛声到接收到笛声,二者运动时间相同。如图所示。设汽车在A点发出笛声,A点到山崖B的距离为x1,汽车运动到C点接收到笛声,设AC距离为x2,CB距离为x,因二者运动时间相同,则有x1=x2+x①x1+x=v声t=340 m/s·t②x2=v车t=15 m/s·t③联立①②③得x=325 m。二 、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叫做波的折射。折射角（r）：折射波的波线与两介质界面法线的夹角r叫做折射角。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。波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同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。三 、波的衍射 波绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。衍射的实质：振动的形式和能量传到障碍物后方的阴影区域中。1.一切波都能发生衍射2.衍射是波特有的现象发生明显衍射现象的条件只有缝、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。1、声波的衍射——隔墙有耳2、电磁波的衍射——收看电视3、医院中有一种“B超”仪器，常用来探测人体内脏的位置及发现可能的病变，这种仪器为什么要使用超声波而不用普通的声波？1）超声波的频率范围为大于20000Hz，其相应波长小于17mm；2）超声波频率高，故超声波能量大，才容易穿透皮肤和组织； 3）超声波波长短，不易衍射，在一定距离内沿直线传播，方向性好，故所拍图像清晰。1、操场上的喇叭正在播放音乐，有高音也有低音。走到离操场不远的教学大楼后面，听到喇叭播放的音乐声有所减弱。是高音还是低音减弱得明显一些？为什么？高音会减弱得明显一些。因为波长越长的波，衍射现象越明显，低音声波比高音声波的波长长，则经过教学大楼时，衍射现象更明显，故高音会减弱得明显一些。课堂练习2、(多选)观察水面波衍射的实验装置如图所示,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解析：从题图中可看出孔AB的尺寸小于一个波长,所以此时能明显地观察到波的衍射现象,选项A正确;因为穿过挡板小孔后的波速不变,频率相同,所以波长也相同,选项B正确;若将孔AB扩大,将可能不满足发生明显衍射现象的条件,就有可能观察不到明显的衍射现象,选项C正确;若将波源频率增大,由于波速不变,所以波长变小,将可能不满足发生明显衍射现象的条件,就有可能观察不到明显的衍射现象,选项D错误。答案：ABC观察水波的反射现象。回忆入射角、反射角、反射定律的相关知识。利用波的反射解释生活中的常见现象。完成课堂练习。观察波的折射现象。类比光的折射，理解记忆波的折射。观察波的衍射现象。观察视频，总结产生明显衍射的条件。了解绳波的衍射的应用。思考问题，理解发生明显衍射的条件。完成课堂练习。演示实验，让知识更直观的体现在学生面前。让学生体会到光波的反射和折射定律对于物质波同样成立。渗透学科知识在生活中的应用。让课堂知识更贴近生活。演示实验，让知识更直观的体现在学生面前。通过观察发现知识，让学生更深刻的理解生活中见到的物理现象。用学习的知识解释生活现象，加深对所学知识的理解。拓展提高1.以下关于波的衍射的说法正确的是(　　)A.波遇到障碍物时,一定会发生明显的衍射现象B.当障碍物的尺寸比波长大得多时,衍射现象很明显C.当孔的大小比波长小时,衍射现象很明显D.只有当障碍物的尺寸与波长相差不多时,才会发生明显的衍射现象解析：凡是波都能发生衍射现象,不过有时衍射现象明显,有时衍射现象不明显。只有当缝、孔或障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小时,才能发生明显的衍射现象。答案：C2、对于波长为100 m的声波,下列说法正确的是(　　)A.在同一介质中,比波长为20 m的声波传播快B.在空气中的频率比在水中大C.声波能发生折射,但折射后频率发生变化D.声波能发生反射,但反射后波速不变解析：机械波的传播速度由介质决定,波的频率由波源决定,与介质无关,所以折射后,波进入另一种介质,传播速度发生变化,反射后回到原来的介质,传播速度不变,故选项D正确。答案：D3、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 解析：反射波的波长、频率、波速与入射波都应该相等,故选项A、B错。折射波的波长、波速与入射波都不等,但频率相等,故选项C错,选项D正确。答案：D完成拓展提高。通过拓展练习，巩固所学知识。课堂小结一、反射：反射定律二、折射：折射定律三、衍射：发生明显衍射的条件总结本节课所学知识。帮助学生梳理基础知识，形成知识框架。板书