4.1 光的折射定律 教案 (4)

4.1
光的折射定律
教案6（鲁科版选修3-4）
光的折射
★新课标要求
（一）知识与技能
1、理解折射定律的确切含义，并能用来解释有关的光现象和有关的计算。
2、理解光的折射率，了解介质的折射率与光速的关系，并能用来计算。
3、知道光路是可逆的，并能用来处理有关的问题。
（二）过程与方法
通过实验，理解光的折射定律。
（三）情感、态度与价值观
通过本节内容的学习，能够认识和解释生活中的一些光现象，增强学习物理学的兴趣。
★教学重点
光的折射定律的理解和应用。
★教学难点
光的折射率的理解。
★教学方法
实验探究，计算机辅助教学
★教学用具：
激光光学演示器、激光手电、水槽、刻度盘、三角板、计算机、大屏幕、自制CAI课件
★教学过程
（一）引入新课
教师：初中我们学了光的反射定律，请同学们回忆一下。
学生：
反射光线跟入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分别位于法线的两侧，反射角等于入射角。且反射现象中，光路是可逆的。（课件演示：光的反射）
教师：今天我们学习光的另外一种现象，看小实验。
［小实验］让学生自己带水杯（最好都带快餐杯），筷子、铅笔、圆珠笔等，将筷子插入水中，让学生观察水面处筷子形状的变化，水中的筷子是向上折了还是向下折了；让学生向盛水的杯和无水的杯中分别投放硬币，观察水中的硬币看上去是变浅了还是深了。
学生：插入水中的筷子，看上去好像在水面处折断了，且向上折；水中的硬币变浅了。
教师：如何解释上面的现象呢？下面我们就来学习光的折射及其规律，看究竟是怎样的情况。
（二）进行新课
1．折射定律
师：光从空气射入玻璃这一介质时，传播方向发生了改变，我们把这种光从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象，叫做光的折射。
[课件演示：光的折射]入射光线与法线间的夹角θ1
叫入射角，折射光线与法相间的夹角θ2叫做折射角。教师引导学生复习初中学过的光的折射定律。
[多媒体辅助]
折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居于法线的两侧。
师：但是，入射角跟折射角之间究竟有什么关系呢？现在我们做实验看看。
[多媒体辅助]
介绍仪器特别是半圆形玻璃砖的直面是沿刻度盘的90°——90°刻度线放置的，当激光器发出的一束水平细光束有空气进入半圆形玻璃砖的直面，即界面时，垂直直面的0°——0°刻度线为二者界面的法线。
[演示一]将半圆形玻璃砖放在适当位置，打开激光演示仪，让激光器发出的一束激光照在半圆形透明玻璃砖的直面上，改变入射角，让学生观察折射角、入射角的变化情况以及在两种介质的分解面上反射光线、折射光线的能量改变情况。
[多媒体辅助、由学生小结]随入射角的增大，折射角也增大，且反射光线的能量比例逐渐增大，折射光线的能量比例逐渐减小。
师：那么折射角是随入射角成正比例的增加，还是成平方、成平方根的增加，还是其他关系，折射角与入射角之间确切的定量关系究竟是怎样的呢？下面我们看一组实验数据。
入射角θ1
折射角θ2
θ1/θ2
sinθ2/
sinθ2
10°
6.7°
1.50
1.49
20°
13.3°
1.50
1.49
30°
19.6°
1.53
1.49
40°
25.2°
1.59
1.51
50°
30.7°
1.63
1.50
60°
35.1°
1.67
1.51
70°
38.6°
1.81
1.50
80°
40.6°
1.97
1.51
师：请同学们分析一下表中数据，θ1
、θ2间具有怎样的定量关系？
结论：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。如果用n来表示这个比例常数，则有sinθ1/
sinθ2=n12
师：这就是光的折射定律。对于折射现象，人类早在公元140年就进行了测量，直到1621年才有斯涅尔找到了折射角与入射角之间的这种定量关系。可见，发现或总结一个物理规律需要坚强的毅力和持之以恒的科学精神。因此，折射定律又叫斯涅尔定律。同学们知道：“反射现象中光路是可逆的”，折射现象光路也可逆吗？
[演示二]让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光就会逆着原来的入射光线发生折射。即：折射现象中光路是可逆的。
（课件演示：折射现象光路可逆）
2．折射率
师：光从空气射入玻璃中，入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个常数1.50，
那么，当光从空气射入其他介质如水中时，这个比例常数还是1.50吗？下面我们用实验求证一下。
[演示三]将刻度盘放入水槽中，加水恰好至90°线。入射光线要恰好通过中点O，记录几组数据并处理。
入射角θ1
折射角θ2
sinθ1/sinθ2
10°
30°
师：可见，入射角的正弦与折射角的正弦之比仍是一个常数，但对水来说，这个常数不是1.50而是1.33。如果换用金刚石，这个常数则为2.42。由此可见，这个常数是一个与介质有关的量，介质不同这个常数不同。我们从比较表一、表二中的数据来看，在入射角相同的情况下，常数大的折射角小，说明常数大的折射光线偏离原来入射光线的方向较大，我们也就可以说常数较大的这种介质对光线的偏折能力较大。而常数较小的，折射角反而大，折射光线偏离原来入射光线的方向也就较小，说明介质对光线的偏折能力也小，因此，这个常数反映了介质对光线的偏折能力，我们把这个常数定义为介质的折射率。
（真空射入其它介质）
物理意义：折射率是反映介质对光的偏折能力大小的物理量，是介质的光学性质，由介质本身决定，与θ1
、θ2无关。
研究表明，光在不同介质中的传播速度不同。在介质中传播速度v与折射率的关系为
[自学讨论]学生教材52页有关内容，讨论并回答如下问题：
［多媒体投影］
1、为什么任何介质的折射率都大于1？
2、光在同一均匀介质中传播时，介质对光所呈现出来的折射率n是多少
3、光由其他介质射入空气时，n=
sinθ1/
sinθ2
是否还适用，如果适用θ1、θ2
分别应是什么角？
[学生回答]
1、光在真空中的传播速度为c
，而在其它介质中，光的传播速度v2、同一均匀介质中光速相同，n=v/v=1
3、适用。θ1、应为折射角，θ2应为入射角。即计算某种介质的折射率时，公式中θ1为空气中的光线与法线的夹角，θ2为介质中的光线与法线的夹角。
［实验］测定玻璃的折射率
每四个学生一组，利用插针法，掌握测定玻璃折射率的原理和方法。
教师巡回指导，发现问题并及时纠正。
［讨论］实验中应该采取哪些措施以减小误差？
如：入射角适当大一些；大头针的距离适当远一些等。
［利用课件投影例题］如图1所示，一储油桶，底面直径与高均为d。当桶内无油时，从某点A恰能看到桶底边缘上的某点B。当桶内油的深度等于桶高的一半时，由点A沿方向AB看去，看到桶底上的点C，两点C、B相距d/4。求油的折射率和光在油中的传播速度。
解：如图2所示，因底面直径于桶高相等，由此可知∠A
OF
=∠ABG=45°；由OD=2CD可知∠COD的正弦
sin∠COD==
油的折射率
n=sin∠AOF
/sin∠COD=
光在油中的传播速度
v=c/n=1.9×108m/s
[小结]眼睛在A点看到C点的实际上是进入眼睛的折射光线OA反向延长线上的C点的象，且在C点的正上方。故放入水中的硬币看上去好像变浅了，水中的筷子向上折了。
（三）课堂总结、点评
通过今天的学习，我们不仅确定了入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个常数的定量关系，得出了折射定律，而且我们还定义了介质的折射率，它反映了介质的光学特性。我们还学习了用插针法测定玻璃折射率的方法。
★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
附：课后训练
1、斜插入水中的筷子与竖直方向成45°角，由空气中向下观察看，看到筷子筷子在水中的部分与竖直方向所成的角为θ，则（
）
（A）
θ<45°
（B）
θ>45°
（C）
θ=45°
（D）条件不足，不能确定
答案：（B）
2、光从空气射入折射率为的介质中，反射光线恰垂直于折射光线，求入射角为多大
？（该题教师要先画出光路图，而后再让学生做题）
（答案：60°）