2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册4.1 光的折射导学案
文档属性
| 名称 | 2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册4.1 光的折射导学案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 202.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-12-01 15:49:53 | ||
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文档简介
【课题】光的折射
本节重点 理解光的折射定律，并能用来解释和计算有关问题。 理解折射率的物理意义，知道光速与折射率的关系。
本节难点 1.会用插针法测量玻璃的折射率。 2.会用折射规律分析色光的折射现象。
教学内容 教师复案备注 学生学习笔迹
【新课导入】 光的反射和折射：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的（分界面）时，一部分光会返回到第1种介质，这个现象叫作（光的反射）；另一部分光会进入第2种介质，这个现象叫作（光的折射）。 (1)发生折射现象时，入射角与折射角成正比，是吗？ 不是。根据折射定律知，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。 (2)光在介质中的折射率可能小于1吗？ 不可能。光在任何介质中的折射率都大于1。 【知识展示】 课堂任务一：折射定律 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 序号入射角θ1折射角θ2θ1－θ2sinθ1－sinθ2110°6.7°1.491.493.3°0.057220°13.3°1.501.496.7°0.112330°19.6°1.531.4910.4°0.165440°25.2°1.591.5114.8°0.217550°30.7°1.631.5019.3°0.256660°35.1°1.711.5124.9°0.291770°38.6°1.811.5131.4°0.316880°40.6°1.971.5139.4°0.334
活动1：初中我们已初步学过光的折射，请问图甲中哪个是入射角θ1？哪个是折射角θ2 提示：空气中的光线与法线(即量角器0°线)的夹角为入射角θ1，水中的光线与法线的夹角为折射角θ2。 活动2：初中只是定性分析了折射角与入射角的大小关系，为了得到定量关系，利用图甲的器材应该怎样操作？ 提示：应该使入射角从0°逐渐增大，测出尽可能多的入射角和对应的折射角数据。 活动3：为了得到θ1和θ2的定量关系，应该如何分析活动2测出的实验数据？ 提示：为了由数据得到两个量的函数关系，可以将θ1和θ2的数据列表，猜测θ1、θ2可能符合的函数关系式，如正比例函数、二次函数、平方根函数、三角函数等，然后把各组数据代入列成表格验证，找出θ1和θ2正确的定量关系式。另外，也可以画图像分析。 活动4：人类对入射角和折射角的数据分析了一千多年，图乙表格是比较成功的一种尝试分析，你能得出什么结论？ 提示：入射角θ1的正弦与折射角θ2的正弦之比是一个常数。 1．光的折射 (1)折射现象 如图所示，当光线入射到两种介质的分界面上时，一部分光被反射回到原来介质，即反射光线OB。另一部分光进入第2种介质，并改变了原来的传播方向，即光线OC，这种现象叫作光的折射，光线OC称为折射光线。 折射定律：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即。式中n12是比例常数，它与入射角、折射角的大小无关，只与两种介质的性质有关。 2．光路可逆性 在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的。如果让光线逆着出射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线出射。 课堂任务二：折射率 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：课堂任务1中得出，n12是一个常数，根据图甲、乙的现象，请问光从空气射入玻璃和水的n12相等吗？ 入射角相等，折射角不相等，所以光从空气射入玻璃和水的n12不相等。 活动2：因为空气对光的传播影响很小，可以将空气看成真空，这样n12可以记为n，根据活动1，n反映了什么？ 因为光从空气射入玻璃和水的n不相等，所以n反映了介质对光的折射本领。n越大，光线从空气或真空斜射入这种介质时偏折的角度越大。 活动3：n称为介质的折射率，查表可知n水＝1.33，n玻璃＝1.50，结合图丙中的材料分析，可得出什么规律？ 设光在介质中的传播速度为v，由图丙可知v水＝c，v玻璃＝c，结合n水＝1.33，n玻璃＝1.50可知，c＝nv，即光在介质中的传播速度与介质的折射率成反比，两者的乘积等于真空中的光速。 结论 1．折射率的定义 光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，用符号n表示。 2．对折射率的理解 (1)光速与折射率的关系 光在不同介质中的速度不同，某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于1。因此，光从真空斜射入任何介质时，入射角均大于折射角；而光由介质斜射入真空时，入射角均小于折射角。 (2)折射率的决定因素 介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量，它的大小只能由介质本身及光的性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化。 【随堂演练】 例1 如图所示，光线以入射角θ1从空气射向一透明的介质表面，光线在透明介质中的折射角为θ2，已知入射角的正弦与折射角的正弦之比n＝。求： (1)当入射角θ1＝45°时，反射光线与折射光线的夹角θ为多大？ (2)当入射角θ1为多大时，反射光线和折射光线垂直？ (3)如何确定入射角θ1与折射角θ2、反射角θ1′的关系？ (4)当折射光线与反射光线垂直时，折射角与入射角有什么关系？ 解答： (3)根据反射定律知反射角θ1′等于入射角θ1，根据折射定律知＝n。 (4)此时折射角与入射角的和等于90°。 规律点拨 应用反射定律和折射定律应注意的问题： 1.应用光的反射定律和折射定律讨论问题时，应先作好光路图，确定好界面和法线。 2.入射角、折射角、反射角均以法线为标准来确定，而不能以界面为标准。 例2 一束光线射到一个玻璃球上，如图所示。光线进入该玻璃球时入射角的正弦与折射角的正弦之比是 ，光线的入射角是60°。求该束光线射入玻璃球后第一次从玻璃球射出的方向。(用与入射光线的夹角表示) 解析 光线射入玻璃球后第一次从玻璃球射出的光路图如图所示。 例3 如图所示，人站在距槽边D为L＝1.2 m处，刚好能看到槽底B的位置，人眼距地面的高度为H＝1.6 m。槽中注满某透明液体时，人刚好能看到槽中央O点处。（1）求液体的折射率及光在液体中的传播速度。 （2）如何理解题中“刚好能看到”？ （3）光在介质中的速度与介质的折射率有什么关系？ （2）“刚好能看到”表明光线是经D点的边界光线。 （3）v＝。 规律点拨 折射率问题的分析方法 解决此类光路问题，关键是辨清“三线、两角、一界面”间的关系。注意以下几点： 1.根据题意正确画出光路图。 2.利用几何关系确定光路中的边、角关系，注意入射角、折射角的确定。 3.利用折射定律求解。 4.注意光路的可逆性的利用。 【课后作业】 1．(光的折射)(多选)关于光的折射，下列说法正确的是( ) A．折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内 B．入射光线与法线、折射光线不一定在一个平面内 C．入射角总大于折射角 D．光线从空气斜射入玻璃时，入射角大于折射角 2．(折射率)若某一介质的折射率较大，那么( ) A．光由空气射入该介质时折射角较大 B．光由空气射入该介质时折射角较小 C．光在该介质中的传播速度较大 D．光在该介质中的传播速度较小 3．(折射率)(多选)光从某种玻璃射向空气，入射角θ1从零开始增大到某一值的过程中，折射角θ2也随之增大，则下列说法正确的是( ) A．比值不变 B．比值是一个大于1的常数 C．比值不变 D．比值是一个小于1的常数 4．(光在介质中的传播速度)某单色光在真空中的波长为λ，波速为c，它在折射率为n的介质中的速率为( ) A. B. C．nc D．c 5．(光在介质中的传播速度)如图所示，一束光由空气射入某介质，当入射光线和界面的夹角为30°时，折射光线恰好与反射光线垂直，则光在该介质中的传播速度是( )
学后思考 教学反思 得：
失：
课后作业答案：
1.AD
2.D
3.CD
4.A
5.D
本节重点 理解光的折射定律，并能用来解释和计算有关问题。 理解折射率的物理意义，知道光速与折射率的关系。
本节难点 1.会用插针法测量玻璃的折射率。 2.会用折射规律分析色光的折射现象。
教学内容 教师复案备注 学生学习笔迹
【新课导入】 光的反射和折射：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的（分界面）时，一部分光会返回到第1种介质，这个现象叫作（光的反射）；另一部分光会进入第2种介质，这个现象叫作（光的折射）。 (1)发生折射现象时，入射角与折射角成正比，是吗？ 不是。根据折射定律知，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。 (2)光在介质中的折射率可能小于1吗？ 不可能。光在任何介质中的折射率都大于1。 【知识展示】 课堂任务一：折射定律 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 序号入射角θ1折射角θ2θ1－θ2sinθ1－sinθ2110°6.7°1.491.493.3°0.057220°13.3°1.501.496.7°0.112330°19.6°1.531.4910.4°0.165440°25.2°1.591.5114.8°0.217550°30.7°1.631.5019.3°0.256660°35.1°1.711.5124.9°0.291770°38.6°1.811.5131.4°0.316880°40.6°1.971.5139.4°0.334
活动1：初中我们已初步学过光的折射，请问图甲中哪个是入射角θ1？哪个是折射角θ2 提示：空气中的光线与法线(即量角器0°线)的夹角为入射角θ1，水中的光线与法线的夹角为折射角θ2。 活动2：初中只是定性分析了折射角与入射角的大小关系，为了得到定量关系，利用图甲的器材应该怎样操作？ 提示：应该使入射角从0°逐渐增大，测出尽可能多的入射角和对应的折射角数据。 活动3：为了得到θ1和θ2的定量关系，应该如何分析活动2测出的实验数据？ 提示：为了由数据得到两个量的函数关系，可以将θ1和θ2的数据列表，猜测θ1、θ2可能符合的函数关系式，如正比例函数、二次函数、平方根函数、三角函数等，然后把各组数据代入列成表格验证，找出θ1和θ2正确的定量关系式。另外，也可以画图像分析。 活动4：人类对入射角和折射角的数据分析了一千多年，图乙表格是比较成功的一种尝试分析，你能得出什么结论？ 提示：入射角θ1的正弦与折射角θ2的正弦之比是一个常数。 1．光的折射 (1)折射现象 如图所示，当光线入射到两种介质的分界面上时，一部分光被反射回到原来介质，即反射光线OB。另一部分光进入第2种介质，并改变了原来的传播方向，即光线OC，这种现象叫作光的折射，光线OC称为折射光线。 折射定律：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即。式中n12是比例常数，它与入射角、折射角的大小无关，只与两种介质的性质有关。 2．光路可逆性 在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的。如果让光线逆着出射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线出射。 课堂任务二：折射率 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：课堂任务1中得出，n12是一个常数，根据图甲、乙的现象，请问光从空气射入玻璃和水的n12相等吗？ 入射角相等，折射角不相等，所以光从空气射入玻璃和水的n12不相等。 活动2：因为空气对光的传播影响很小，可以将空气看成真空，这样n12可以记为n，根据活动1，n反映了什么？ 因为光从空气射入玻璃和水的n不相等，所以n反映了介质对光的折射本领。n越大，光线从空气或真空斜射入这种介质时偏折的角度越大。 活动3：n称为介质的折射率，查表可知n水＝1.33，n玻璃＝1.50，结合图丙中的材料分析，可得出什么规律？ 设光在介质中的传播速度为v，由图丙可知v水＝c，v玻璃＝c，结合n水＝1.33，n玻璃＝1.50可知，c＝nv，即光在介质中的传播速度与介质的折射率成反比，两者的乘积等于真空中的光速。 结论 1．折射率的定义 光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，用符号n表示。 2．对折射率的理解 (1)光速与折射率的关系 光在不同介质中的速度不同，某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于1。因此，光从真空斜射入任何介质时，入射角均大于折射角；而光由介质斜射入真空时，入射角均小于折射角。 (2)折射率的决定因素 介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量，它的大小只能由介质本身及光的性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化。 【随堂演练】 例1 如图所示，光线以入射角θ1从空气射向一透明的介质表面，光线在透明介质中的折射角为θ2，已知入射角的正弦与折射角的正弦之比n＝。求： (1)当入射角θ1＝45°时，反射光线与折射光线的夹角θ为多大？ (2)当入射角θ1为多大时，反射光线和折射光线垂直？ (3)如何确定入射角θ1与折射角θ2、反射角θ1′的关系？ (4)当折射光线与反射光线垂直时，折射角与入射角有什么关系？ 解答： (3)根据反射定律知反射角θ1′等于入射角θ1，根据折射定律知＝n。 (4)此时折射角与入射角的和等于90°。 规律点拨 应用反射定律和折射定律应注意的问题： 1.应用光的反射定律和折射定律讨论问题时，应先作好光路图，确定好界面和法线。 2.入射角、折射角、反射角均以法线为标准来确定，而不能以界面为标准。 例2 一束光线射到一个玻璃球上，如图所示。光线进入该玻璃球时入射角的正弦与折射角的正弦之比是 ，光线的入射角是60°。求该束光线射入玻璃球后第一次从玻璃球射出的方向。(用与入射光线的夹角表示) 解析 光线射入玻璃球后第一次从玻璃球射出的光路图如图所示。 例3 如图所示，人站在距槽边D为L＝1.2 m处，刚好能看到槽底B的位置，人眼距地面的高度为H＝1.6 m。槽中注满某透明液体时，人刚好能看到槽中央O点处。（1）求液体的折射率及光在液体中的传播速度。 （2）如何理解题中“刚好能看到”？ （3）光在介质中的速度与介质的折射率有什么关系？ （2）“刚好能看到”表明光线是经D点的边界光线。 （3）v＝。 规律点拨 折射率问题的分析方法 解决此类光路问题，关键是辨清“三线、两角、一界面”间的关系。注意以下几点： 1.根据题意正确画出光路图。 2.利用几何关系确定光路中的边、角关系，注意入射角、折射角的确定。 3.利用折射定律求解。 4.注意光路的可逆性的利用。 【课后作业】 1．(光的折射)(多选)关于光的折射，下列说法正确的是( ) A．折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内 B．入射光线与法线、折射光线不一定在一个平面内 C．入射角总大于折射角 D．光线从空气斜射入玻璃时，入射角大于折射角 2．(折射率)若某一介质的折射率较大，那么( ) A．光由空气射入该介质时折射角较大 B．光由空气射入该介质时折射角较小 C．光在该介质中的传播速度较大 D．光在该介质中的传播速度较小 3．(折射率)(多选)光从某种玻璃射向空气，入射角θ1从零开始增大到某一值的过程中，折射角θ2也随之增大，则下列说法正确的是( ) A．比值不变 B．比值是一个大于1的常数 C．比值不变 D．比值是一个小于1的常数 4．(光在介质中的传播速度)某单色光在真空中的波长为λ，波速为c，它在折射率为n的介质中的速率为( ) A. B. C．nc D．c 5．(光在介质中的传播速度)如图所示，一束光由空气射入某介质，当入射光线和界面的夹角为30°时，折射光线恰好与反射光线垂直，则光在该介质中的传播速度是( )
学后思考 教学反思 得：
失：
课后作业答案：
1.AD
2.D
3.CD
4.A
5.D