物理：《光的折射定律》教案（鲁科版选修3-4）

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第一节 光的折射定律
三维教学目标
1、知识与技能
（1）掌握光的反射及反射定律；
（2）掌握光的折射及折射定律；
（3）掌握介质的折射率的概念，了解介质的折射率与光速的关系。
2、过程与方法：通过观察演示实验，使学生了解到光在两种介质界面上发生的现象(反射和折射)，观察反射光线、折射光线随入射角的变化而变化，培养学生的观察、概括能力，通过相关物理量变化规律的学习，培养学生分析、推理能力。
3、情感、态度与价值观：渗透物理研究和学习的科学态度的教育，实验的客观性与人的观察的主观性的矛盾应如何解决，人的直接观察与用仪器探测是有差别的，我们应用科学的态度看待用仪器探测的结果。
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，由介质来决定。
教学难点：光的折射定律和折射率的应用，通过问题的分析解决加深对折射率概念的理解，学会解决问题的方法。
教学方法：引导、探究
教学用具：光的折射演示器，附件：接线板、火柴、烟雾发生器及烟雾源、半圆柱透明玻璃、直尺、计算器。
（一）引 入
初中已学过光的折射规律：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在法线的两侧；当光从空气斜射入水或玻璃中时，折射角小于入射角；当光从水或玻璃斜射入空气中时，折射角大于入射角。初中学的光的折射规律只是定性地描述了光的折射现象，而我们今天要定量地进行研究：21世纪教育网
（二）新课教学
演示：将光的激光演示仪接通电源，暂不打开开关，将烟雾发生器点燃置入光的折射演示器中，将半圆柱透明玻璃放入对应的位置，打开开关，将激光管点燃，让一束激光照在半圆柱透明玻璃的平面上，让光线垂直于平面过圆心入射(沿法线入射)，
观察：折射情况，a．角度，b．明暗程度与入射光线进行对比。然后改变入射角进行记录，再次观察能量改变的情况。
1、在两种介质的分界面上入射光线、反射光线、折射光线的能量分配
随入射角的增大，反射光线的能量比例逐渐增加，而折射光线的能量比例逐渐减小。
2、经历了近1500年才得到完善的定律
（1）历史发展：公元2世纪古希腊天文学家托勒密通过实验得到：
A．折射光线跟入射光线和法线在同一平面内；
B．折射光线和入射光线分居在法线的两侧；
C．折射角正比于入射角。
德国物理学家开普勒也做了研究。
（2）折射定律：最终在1621年，由荷兰数学家斯涅耳找到了入射角和折射角之间的关系。
将一组测量数据抄写在黑板上让学生进行计算(用计算器)，光线从空气射入某种玻璃。
入射角i(°) 折射角r(°) i/r sini/sinr
10 6.7 1.50 1.49
20 13.3 1.50 1.49
30 19.6 1.53 1.49[来源:21世纪教育网]
40 25.2 1.59 1.51
50 30.7 1.63 1.50
60 35.1 1.67 1.5121世纪教育网
70 38.6 1.81 1.50
80 40.6 1.97 1.51
通过分析表中数据可以得出结论：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，就有
这就是光的折射定律，也叫斯涅耳定律。
演示：如果使光线逆着原来的折射光线到界面上，折射光线就逆着原来的入射光线射出，这就是说，在折射现象中光路也是可逆的(在反射现象中，光路是可逆的)。
3、折射率 n
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。
（1）折射率的定义式为量度式：折射率无单位，任何介质的折射率不能小于1，记住水的折射率为1.33（4/3），玻璃的折射率为1.50（3/2）
说明：
i是光线在真空中与法线之间的夹角，r是光线在介质中与法线之间的夹角。光从真空射入某种介质时的折射率，叫做该种介质的绝对折射率，也简称为某种介质的折射率。相对折射率在高中不作要求，又因为空气的绝对折射率为1.00028，在近似计算中认为空气和真空相同，故有时光从空气射入某种介质时的折射率当作绝对折射率进行计算。[来源:21世纪教育网]
4、介质的折射率与光速的关系
理论和实验的研究都证明：某种介质的折射率，等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的速度之比：
例1：光在某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？
解：由介质的折射率与光速的关系得：
又根据介质折射率的定义式得：
r为在空气中光线、法线间的夹角即为所求，i为在介质中光线与法线间的夹角30°。由(1)、(2)两式解得：
所以r=45°
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