高二物理【波的反射、折射和衍射】

第3节波的反射、折射和衍射核心素养物理观念科学思维1.知道波传播到两种介质交界面时会发生反射、折射现象。

2.了解波的衍射现象和衍射图样，知道波发生明显衍射现象的条件。

3.知道衍射是波特有的现象。

通过发波水槽实验探究水波发生明显衍射现象的条件。

知识点一波的反射、波的折射1.波的反射(1)波的反射：波传播过程中遇到介质界面会返回原介质继续传播的现象。

(2)反射波的波长、波速、频率跟入射波的相同。

(3)波的反射定律：反射线、入射线和法线在同一平面内，反射线和入射线分别位于法线两侧，反射角等于入射角。

如图所示。

2.波的折射(1)波的折射：波从一种介质进入另一种介质时，波的传播方向发生改变的现象。

(2)波的折射中，波的频率不变，波速和波长发生改变。

[思考判断](1)波向前传播在两介质的界面上要么发生反射，要么发生折射，二者不会同时发生。

(×)(2)波发生反射时波的频率不变，波速变小，波长变短。

(×)(3)波发生折射时波的频率不变，但波长、波速发生变化。

(√)反射波的波长、频率、波速与入射的相关量相同吗？提示反射波与入射波在同一介质中传播，介质决定波速，因此波速不变，波的频率是由波源决定的，因此，波的频率也不改变，由此我们可知波长也不改变。

即反射波的波长、频率、波速都跟入射波的相关量相同。

折射现象中，波长、波速、频率都变化吗？提示在波的折射现象中，波的频率不改变。

波速和波长都发生变化。

知识点二波的衍射[观图助学]1.定义：波可以绕过障碍物继续传播的现象。

2.实验现象(1)实验器材：在水槽里放两块挡板，中间留一个狭缝。

(2)现象：狭缝宽度比波长大得多，波的传播如同光沿直线传播一样，在挡板后面产生“阴影区”；在狭缝宽度与波长相差不多或者狭缝宽度比波长更小时，水波可以绕到挡板后面继续传播。

3.发生明显衍射现象的条件缝、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。

[思考判断](1)一切波遇到障碍物都会发生衍射现象。

3.3 波的反射、折射和衍射教学设计-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册一、教学内容分析本节课的主要教学内容是波的反射、折射和衍射。

这部分内容在物理人教版（2019）选择性必修第一册的第3章第3节。

具体包括以下几个方面：1. 波的反射：介绍波遇到障碍物时的反射现象，以及反射波与入射波的波长、振幅和相位的关系。

2. 波的折射：讲解波从一种介质传播到另一种介质时发生的折射现象，以及折射波与入射波的波长、振幅和相位的关系。

3. 波的衍射：介绍波遇到障碍物时发生的衍射现象，以及衍射波与入射波的波长、振幅和相位的关系。

这部分内容与学生已有知识联系紧密。

学生在初中阶段已经学习了波的基本概念和性质，本节课将在此基础上进一步深入研究波的传播规律。

此外，波的反射、折射和衍射现象在日常生活中非常常见，学生通过观察和体验，可以更好地理解和掌握这些概念。

二、核心素养目标本节课旨在培养学生的物理学科核心素养，包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与价值观等方面。

具体目标如下：1. 物理观念：使学生理解波的反射、折射和衍射是波动现象的基本特征，建立起波动观念，为后续学习电磁波等知识打下基础。

2. 科学思维：通过分析波的反射、折射和衍射现象，培养学生的逻辑思维能力和分析问题的能力，提高学生的科学思维水平。

3. 科学探究：引导学生通过实验观察波的反射、折射和衍射现象，培养学生的实验操作能力和科学探究能力。

4. 科学态度与价值观：使学生认识到物理知识在生活中的应用，培养学生的科学态度和正确的世界观。

三、教学难点与重点1. 教学重点本节课的核心内容是波的反射、折射和衍射。

教师需要有针对性地进行讲解和强调以下几个重点：（1）波的反射：重点讲解波遇到障碍物时的反射现象，以及反射波与入射波的波长、振幅和相位的关系。

通过举例说明，如水面上的波遇到岸边时的反射现象，帮助学生理解反射波的性质。

（2）波的折射：重点讲解波从一种介质传播到另一种介质时发生的折射现象，以及折射波与入射波的波长、振幅和相位的关系。

第3节波的反射、折射和衍射一、生活中的波的反射、折射和衍射现象1．下列现象属于波的衍射现象的是（）A．在空旷的山谷里喊叫，可以听到回声B．只闻其声，不见其人C．余音绕梁，三日而不绝D．夏日的雷声有时轰鸣不绝【答案】B【详解】A．空旷的山谷里叫喊，可以听到回声，这是声波的反射现象，故A错误；B．波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象叫做波的衍射，“只闻其声，不见其人”是声波的衍射现象。

故B正确；C．“余音绕梁，三日而不绝”，是声波的反射，故C错误；D．雷声有时轰鸣不绝，也是声波的反射，故D错误。

故选B。

2．站在墙外的人可以听到墙的另一侧有人谈话，但看不到谈话人，这是因为（）A．声波能发生衍射，而光波根本不能衍射B．声波是纵波容易发生衍射，而光波是横波不容易发生衍射C．声波的波速较小易于衍射，而光波的波速大难于衍射D．声波的波长较长衍射现象明显，而光波的波长非常短衍射现象不明显【答案】D【详解】衍射是所有波特有的现象；站在墙外的人可以听到墙的另一侧有人谈话，但看不到谈话人，这是因为声波的波长较长衍射现象明显，而光波的波长非常短衍射现象不明显。

故选D。

二、波的衍射3．如图所示，圆形实线是波源O在水槽里产生的水波的波峰，下列说法正确的是（）A．水波只要进入∠CAE和∠DBF区域就叫波的衍射B．水波只要进入∠CAA′和∠DBB′区域就叫波的衍射C．水波必须充满∠CAE和∠DBF区域才叫波的衍射D．水波必须充满∠CAA′和∠DBB′区域才叫波的衍射【答案】B【详解】根据衍射定义，水波进入阴影以外两侧的区域叫做波的衍射，不一定非得绕到障碍物后面的每一点。

故选B。

4．小河中有一个实心桥墩P，A为靠近桥墩浮在水面上的一片树叶，俯视图如图所示，小河水面平静。

现在S处以某一频率拍打水面，要使形成的水波能带动树叶A振动起来，可以采用的方法是（）A．无论怎样拍打，A都能振动起来B．无论怎样拍打，A都不会振动起来C．降低拍打水面的频率D．提高拍打水面的频率【答案】C【详解】要使树叶振动起来，需要波衍射到树叶处，因为障碍物的尺寸较大，所以要增加水面波的波长才能较好发生衍射，故可降低拍打水面的频率，故选C。

3波的反射、折射和衍射[学习目标] 1.了解波的反射和折射现象，知道波的反射和折射规律(难点)。

2.知道波的衍射现象和波发生明显衍射的条件(重点)。

一、波的反射和折射1．波的反射(1)反射现象：波遇到介质界面(如水波遇到挡板)时会返回原介质继续传播的现象。

(2)反射规律：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。

2．波的折射(1)波的折射：光从一种介质进入另一种介质时会发生折射，同样，其他波从一种介质进入另一种介质时也发生折射。

(2)水波的折射：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。

1．在波的反射和折射现象中，反射波与入射波、折射波与入射波的频率相同吗？波长相同吗？答案在波的反射和折射现象中，反射波和入射波的频率都与波源的频率相同；反射现象是在同种介质中传播，波速相同，由v＝λf可知，波长也相同，而折射现象是在不同介质中传播，波速不同，波长也不同。

2．波在发生折射过程中，方向一定改变吗？答案不一定，如果入射波垂直于交界面时，传播方向保持不变。

波的反射和折射中各物理量的变化(1)波的频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是不改变的。

(2)波速是由介质决定的，波反射时是在同一均匀介质中传播，因此波速不变，波折射时是在不同介质中传播，因此波速改变。

(3)波长是由频率和波速共同决定的，即在波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据公式λ＝vf可知波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由λ＝vf可知波长变长，反之变短。

例1一列声波在介质Ⅰ中的波长为0.2m。

当该声波从介质Ⅰ中以某一角度传入介质Ⅱ中时，波长变为0.6m ，如图所示，若介质Ⅰ中的声速是340m/s 。

(1)求该声波在介质Ⅱ中传播时的频率；(2)求该声波在介质Ⅱ中传播的速度；(3)若另一种声波在介质Ⅱ中的传播速度为1400m/s ，按图中的方向从介质Ⅰ射入介质Ⅱ中，求它在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的频率之比。

波的反射和折射、波的衍射一、教学目标1、知道什么是波的衍射现象。

2、知道波发生明显衍射现象的条件。

3．知道衍射是波的特有现象。

二、教学重点：波发生明显衍射现象的条件。

三、教学方法：实验演示四、教具：水波槽、两块挡板、五、教学过程：（一）引入新课大家都熟悉“闻其声不见其人”的物理现象，这是什么原因呢？通过这节课的学习，我们就会知道，原来波遇到狭缝、小孔或较小的障碍物时会产生一种特有得现象，这就是波的衍射。

（二）进行新课波在向前传播遇到障碍物时，会发生波线弯曲，偏离原来的直线方向而绕到障碍物的背后继续转播，这种现象就叫做波的衍射。

【板书】1、波的衍射：波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射。

大家想一想，你见过的哪些现象是波的衍射现象？答：在水塘里，微风激起的水波遇到露出水面的小石头、芦苇的细小的障碍物，会绕过它们继续传播。

下面我们用水波槽和小挡板来做实验，请大家认真观察。

现象：水波绕过小挡板继续传播。

将小挡板换成长挡板，重新做实验。

现想：水波不能绕到长挡板的背后传播。

这个现象说明发生衍生的条件与障碍物的大小有关。

下面通过实验研究发生明显衍射现象的条件。

【演示】在水波槽里放两快小挡板，当中留一狭缝，观察波源发出的水波通过窄缝后怎样传播。

（1）保持水波的波长不变，该变窄缝的宽度（由窄到宽），观察波的传播情况有什么变化。

观察到的现象：在窄缝的宽度跟波长相差不多的情况下，发生明显的衍射现象。

水波绕到挡板后面继续传播。

（参见课本图10-26甲）在窄缝的宽度比波长大得多的情况下，波在挡板后面的传播就如同光线沿直线传播一样，在挡板后面留下了“阴影区”。

（参见课本图10-26乙）（2）保持窄缝的宽度不变，改变水波的波长（由小到大），将实验现象用投影仪投影在大屏幕上。

可以看到：在窄缝不变的情况下，波长越长，衍射现象越明显。

将课本图10-27中的甲、乙、丙一起投影在屏幕上，它们是做衍射实验时拍下的照片。

甲中波长是窄缝宽度的3/10，乙中波长是窄缝宽度的5/10，丙中波长是窄缝宽度的7/10。

3.3 波的反射、折射和衍射问题一：如图甲所示，我们在山中对着山谷大声喊“你好……”时，会听到“连绵不断”的“你好……”的回声；如图乙所示，在空旷的大房间里大声说话时，会听到“嗡嗡”的回声，导致不容易听清声音，这些属于波的什么现象？答：甲图是声波在峭壁上反射的结果，乙图是声波在墙壁上反射的结果，都是声波的反射现象一、波的反射1、定义：波遇到障碍物会返回来继续传播的现象2、入射角（i）和反射角（i＇）：（1）入射角：入射波的波线与平面法线的夹角i（2）反射角：反射波的波线与平面法线的夹角i＇3、反射定律：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。

注意：（1）反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同（2）波遇到两种介质界面时，总存在反射4、应用：（1）回声测距：①．当声源不动时，声波遇到静止障碍物会被反射回来继续传播，由于反射波与入射波在同一介质中的传播速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下，用的时间相等，设经过时间t听到回声，则声源距障碍物的距离为s = v声·t2②．当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时，声源发声时障碍物到声源的距离为s =（v声+ v）·t2③．当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离静止的声源时，声源发声时障碍物到声源的距离为s =（v声- v）·t2（2）超声波定位：蝙蝠、海豚能发出超声波，超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来，蝙蝠、海豚就是根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物的位置，从而确定飞行或游动方向的.【例1】某物体发出的声音在空气中的波长为1m，波速为340m/s，在海水中的波长为4.5m，（1）该波的频率为 Hz，在海水中的波速为 m/s（2）若物体在海面上发出的声音经0.5s听到回声，则海水深为多少？（3）若物体以5m/s的速度由海面向海底运动，则经过多长时间听到回声？解析：（1）由f = vλ = 3401= 340Hz，因波的频率不变，则在海水中的波速为：v海 =λf = 4.5×340 m/s = 1530m/s （2）入射声波和反射声波用时相同，则海水深为：s = v海·t2= 1530×0.52m = 382.5m（3）物体与声音运动的过程示意图如图所示，设听到回声时间为t，则：v物t + v海t = 2s => t = 0.498s问题2：墙壁的传音性比空气好得多，但把门窗关闭后，外面传入室内的声音却会明显地减弱，这是为什么？答：声波原来在空气中传播，如果没有障碍物，能直接传到室内，当把门窗关闭后，声波遇到墙壁和门窗，在界面上发生反射和折射现象，只有折射进入墙壁和门窗的声波才能进入室内，虽然墙壁和门窗的传音性能好但反射性能也好，所以大部分声波被反射回去，外面传入室内的声音就显著地减弱了。

波的反射、折射和衍射教学目标(1)通过实验认识波的反射、折射和衍射现象。

(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。

教学重难点教学重点(1)通过观察实验，认识波的反射、折射和衍射现象。

(2)产生明显衍射现象的条件。

教学难点(1)波的衍射的理解。

(2)波的衍射与波沿直线传播的区别。

教学准备多媒体课件教学过程新课引入我们知道，声音在传播过程中，遇到障碍物时会发生反射。

如夏日的雷声轰鸣不绝，就是声波在云层界面多次反射造成的。

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。

教师设问：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？讲授新课一、波的反射我们可以通过实验来研究水波的反射规律。

演示：水波的反射如图甲，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。

实验结果表明，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，用另一条射线代表水波的反射方向，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。

定义：波在传播的过程中，遇到两种介质的分界面时返回到原介质继续传播的现象叫作波的反射。

规律：(1)反射光线、法线和入射光线在同一平面内，反射线与入射线分局法线两侧，反射角等于入射角。

(2)由于在同种介质中波的速度不变，频率不变，根据v=λf可知波长λ不变。

二、波的折射机械波会发生折射吗？理论和实验证明，一切波都会发生折射现象。

观察水波的折射视频：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，如图所示。

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，会绕过它们继续传播。

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。