4.1 光的折射定律 教案 (2)

4.1
光的折射定律
教案2（鲁科版选修3-4）
【教材分析】
本节课是光学的第一小节，首先介绍了光学的发展史，然后在初中所学知识的基础上直接给出了光的反射定律和光的折射定律。本小节重点应放在折射定律的得出过程以及对光的折射率的理解。光的折射定律是几何光学的三大基本规律之一（另外两个规律是光的直线传播规律和光的反射定律），是研究几何光学的重要法宝。高中阶段只研究在两种介质中并且其中一种介质是空气的两界面间的折射情况及所遵循的规律。在应用时，一定要注意作图．突出几何的特点。
【学生分析】
学生在初中已经学过光的反射和折射，但没有深入学习过光的折射所遵循的定量关系。学生已具备一定的实验操作技能，对物理学的研究方法已有一定的了解，在自主学习、合作探究等方面的能力有了一定提高。对于本节课的教学中学生可能会出现的思维障碍与困惑是：因为，所以入射角的正弦与折射角的正弦之比都大于1。要解决这个问题，比较好的办法是通过实验让学生切身感受到在光的折射现象里，光路是可逆的，当光由介质射入空气时入射角的正弦与折射角的正弦之比反而小于1。
【教学目标】
一．知识目标：
1、理解折射定律的确切含义，并能用来解释光现象和计算有关的问题；
2、理解折射率（指绝对折射率）的定义，以及折射率是反映介质光学性质的物理量；
3、知道折射率与光速的关系，并能用来进行计算。
二．能力目标：
1．能在学习光的传播和反射的基础上提出新的问题，培养提出问题的能力；
2．通过实验观察、认识折射现象，培养学生初步观察的能力；
3．使学生进一步了解科学探究活动过程，培养学生初步的探究能力；
4.
体验由折射引起的错觉。
三．情感目标：
1．有与他人交流和合作的精神、敢于提出自己不同的见解；
2．逐步领略折射现象的美妙，获得对自然现象的热爱、亲近的感觉；
3．借助课堂小实验、多媒体课件和丰富的网上资料，培养学生热爱物理、热爱科学的情感。
【教学重点】
光的折射定律、折射率。折射率是反映介质光学性质的物理量，由介质本身来决定。
【教学难点】
1．了解光在发生折射时，光路的可逆性；
2．解释有关光的折射现象。
【教学难点的突破】
１、设置实验，让学生有切身体会；
２、引导学生自己作出光路图来解释光的各种折射现象。
【教学过程设计思想】
【教学过程】
一、创设情景、引入新课
1．多媒体播放各种光的奇妙美丽的现象。
2．
光的发展史：从17世纪波、粒二种学说，到19世纪波动说的完美，再到二十世纪的波粒二象性。
二
光的反射定律
学生回忆光的反射现象和光的反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角。
三
光的折射
1、回忆光的折射现象：
折射光线、入射光线、法线在同一平面内；折射光线和入射光线分居法线两侧。
2、重做光的折射演示实验，定性演示折射角和入射角的关系：
①入射角增大，折射角增大；
②
入射角减小，折射角减小。
3、折射角和入射角之间到底有什么定量关系呢？我们又怎样找到这些物理量呢？
学生分组实验:
两面实验器材：平行的玻璃砖,大头针，量角器，三角板，白纸。
学生讨论怎样测得入射角和折射角。
引导学生做实验：
①光是沿直线传播的，现在我们没有激光等各种光源，怎么利用现有的实验器材确定一条光线？
②怎样确定入射光线和折射光线？尤其是玻璃中的折射光线怎么确定下来？
③请设计一个表格记录实验数据。
并猜测入射角和折射角的函数关系，可能是θ1
/θ2、sinθ1
/sinθ2或tanθ1/tanθ2……
实验并记录数据、数据处理：
实验次数
1
2
3
4
5
6
7
8
入射角θ1
折射角θ2
θ1/θ2
sinθ1
/sinθ2
tanθ1/tanθ2
在实验的基础上，师生共同讨论，比较不同组得到的结论，总结出结论：=常量（记做n）
4、简单介绍人们对光的折射的认识过程。
这个问题，在很长的时间里一直使人们感到困惑。公元140年，希腊天文学家托勒密得出实验结果后，只是从数据的表面简单寻找比例关系，因此只能得出：折射角与入射角成正比（事实上，只在小角度情况下成立）。1611年开普勒对折射现象和透镜的原理作了广泛的研究，写成了《折光学》，正确地指出：只在小角度情况下，入射角与折射角成正比。同时通过光的可逆性，从反面倒推得出结论，并通过实验发现了全反射现象。但是他未能得出更一般的、内在的规律。最终在1621年，由荷兰数学家斯涅耳采用了与开普勒基本相同的实验方法。找到了入射角和折射角之间的关系　由此我们可以看到：一个物理定律的得出往往经历一个漫长、曲折的过程,需要坚韧的创新精神，做前人没有做过的事。在前辈先哲的探索过程中一定有许多尝试、失败、再尝试。这就是发现过程，其中充满着创新思维的火花。
5．光的折射定律：
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。
四
折射率
向学生展示不同介质的折射率
介质
金刚石
二氧化碳
玻璃
水晶
岩盐
酒精
水
空气
Sinθ1/sinθ2
2.42
1.63
1.5-1.8
1.55
1.55
1.36
1.33
1.00028
通过数据对比，请学生猜想入射角与折射角正弦之比跟哪些因素有关。
——跟介质有关。
教师总结：光从一种介质射入另一种介质时，虽然入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数n，但是对不同的介质来说，这个常数n是不同的。这个常数n跟介质有关系，是一个反映介质的光学性质的物理量，我们把它叫做介质的折射率。
折射率：把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，叫做这种介质的绝对折射率,简称折射率。
学生猜测为什么光进入不同的介质，直射率就不一样呢？
——光在不同介质中的速度不同，这正是发生折射的原因。
介质的折射率n与光在其中传播速度有关，。可见，>1，且没有单位。
教师提醒学生注意以下几点：
①12是比例常数，它是反映介质的光学性质的物理量。对于同一介质无论θ1、θ2怎么变化,
是不变的。
②对于不同介质的值是不同的。
③并不是所有入射角的正弦与折射角的正弦之比都大于1。
演示实验：观察激光从空气射入玻璃砖的光路及由玻璃砖射向空气的光路，并使后者的入射角与前者的折射角相等。
学生通过观察总结出：
a.在光的折射现象里，光路是可逆的。
b.让他们利用这种性质论证“当光由介质射入空气时sinθ1是否与sinθ2成正比及比例常数是多少”。
思考：
为什么又说>1

④真空本身的折射率
=
1,通常认为空气的折射率也为1。
五
光的折射的应用
1．什么人在水上看到物体的像，比实际物体位置偏上，感觉水比较浅。
2．假设地球表面不存在大气层,那么人们观察到的日出时刻与存在大气层的情况相比
(
)
A.将提前
B.将延后
C.在某些地区将提前,在另一些地区将延后
D.不变
3．光在某种介质中的传播速度是2.122×108m/s，当光线以30°入射角由该介质射入空气时，折射角为多少？
4．如图一个储油桶的底面直径与高均为d。当桶内没有油时，从某点Ａ恰能看到桶底边缘的某点Ｂ。当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿ＡＢ方向看去，恰好看到桶低上的点c，ＣＢ两点距离d/4。求油的折射率和光在油中传播的速度。
六
课堂小结
光的折射
光的折射定律
三线共面
sinθ1
/
sinθ2＝常数
反映介质对光的偏折作用，n越大光线偏折越厉害
定义式sinθ1
/
sinθ2＝n－－光从真空中进入介质
(1/n＝
sinθ1
/
sinθ2－－光从介质进入真空）
决定式:
n
=
c/v
(
n>1)
绝对折射率
七
板书设计
光的折射
一
光的反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角。
二
光的折射定律：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
．
注意：①n12是比例常数，表示光从介质1入射介质2时，入射角的正弦与折射角的正弦之比
②它是反映介质的光学性质的物理量．对于同一介质无论θ1、θ2怎么变化，sinθ1/sinθ2是不变的．
③对于不同介质sinθ1/sinθ2的值是不同的．
三
折射率：把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，叫做这种介质的绝对折射率。简称折射率。用n表示
④介质的折射率n与光在其中传播速度有关，
．
由此可知光在不同介质中传播光速大小是不同的．
八
教学反思
这节课中，学生通过提出问题，然后设计实验、做实验、实验数据的处理、得出结论等一系列的操作过程，体验了探究规律的过程，从中掌握探索自然科学规律的方法。这样的教学充分体现了学生在”做中学”，
”学中悟”的现代教育思想和教育理念。
情景引入
光的发展史史
多媒体展示光的各种奇妙美丽的现象
知识回顾
复习光的反射定律
复习光的折射定律
实验演示
入射角随折射角变化而发生变化
提出问题
折射角和入射角之间到底有什么定量关系呢？
实验探究
分析实验时需要测量哪些物理量？怎样测得？实验步骤的确定；数据表格的设计。
学生实验；数据测量、记录、处理
实验结论
讨论引申
光的折射定律
提出问题
入射角与折射角正弦之比跟哪些因素有关
提出概念
光的折射率
注意点（实验演示）
知识应用
用光的折射定律解释各种光的现象
玻璃
Ｂ
Ｃ
Ｏ
Ｍ
Ｎ
Ａ
Ｂ
Ａ
光的折射
光的折射