第 4 章第 1 节光的折射教学设计 课题 光的折射 单元 4 学科 物理 年级 高二 本节教村对光的反时知识作了简单的回题，这部分内容学生在初中已有所学习本节的 重点是光的折射定律、折射率的测定，教学中要给予充分重视。教学中要求学生能在折射 实验现象的基础上，经过分析和推理得出定性结论:再通过实验探究，分析实验数据，发现 特点和规律，得出定量结论，从而培养学生科学思维和科学探究的能力。本节内容是第 2 教 材 分析 教 目 与 心 养 节“全反射”的基础。 教材首先以射水鱼为情境，引出光的折射的概念。接着通过折射实验，观察人射角和 折射角的大小和动态变化情况，引导学生对物理现象进行简单的分析和推理，构建物理模 型。通过对数据的定量研究，得到折射定律并介绍折射率这个反映介质光学性质的物理量 。 最后，教材通过一个测量玻璃折射率的实验和例题来落实折射率公式的应用，加深对折射 率公式的理解。 学 标 核 素 物理观念：认识光的折射现象，知道法线、入射角、折射角的含义。 科学思维：理解折射定律会利用折射定律解释相关光现象和计算有关问题。 科学探究：理解折射率的概念，会通过实验测定玻璃的折射率。 科学态度与价值观：培养用物理实验探究科学问题的方法，养成细心严谨的科学态度。 重点 理解折射定律会利用折射定律解释相关光现象和计算有关问题。 难点 理解折射率的概念，会通过实验测定玻璃的折射率。 教学过程 教学环节 导入新课 讲授新课 教师活动 射水鱼在水中能准确射中水面.上不远处的小 昆虫。水中的鱼看到小昆虫在什么位置?是在昆虫 的上方还是下方? 学生活动 观察演示 图片。 思考在水 中鱼的视觉里 看昆虫是在什 么位置。 设计意图 学生通过对 初中物理的学习， 对折射的概念已 经有所了解，但 对折射的本质还 不清楚，再次引 导学生思考产生 折射现象的原因。 一、光的折射 观察折射 现象。并画出 光路图。 引导学生通 过实验探究入射 角和折射角之间 的关系。 光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方 向发生改变的现象。 实验一：探寻入射角和折射角之间的关系。 学生动手 实验操作。 总结数据 得出结论。 让学生通过 折射光线与入射光线、法线在同一平面内， 图像处理数据， 折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射 总结出折射角与 角的正弦与折射角的正弦成正比。 入射角之间的关 sin 1  n12 sin  2 系。提高学生用 图像处理数据的 能力。 二、折射率 1. 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，叫做这种介 质的绝对折射率，简称折射率。 2.定义式: n= sini c = sin r v （n>1） 总结折射 率的定义。 3. 说明： （1）折射率无单位，任何介质的折射率皆大 于 1。 （2）n 的大小与介质有关，与 i 和 r 无关， 对于确定的介质，n 是定值. （3）物理意义---反映介质对光的偏折能力的 大小 （4）折射的原因---光在不同介质中的速度不 同。 完成课堂 练习。 课堂练习 1、(多选)关于光的折射,下列说法 错误的是(　　 ) A.折射光线一定在法线和入射光线所确定的 平面内 B.入射光线和法线与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 解析：根据折射定律,入射光线、折射光线和 法线一定在同一平面内,选项 B 错误;入射角不一定 总大于折射角,选项 C 错误。 答案：BC 思考 1、插入水中的筷子为什么会弯折？ 结合折射 结合思考问 率的概念，思 题，让学生对折 考为什么筷子 射现象能有进一 会折弯。 步的认识，并用 动画演示解释原 人看水中的物体，看到的是物体的虚像，像 的位置比物体的实际位置偏高，人感觉筷子弯折 了，杯中的水也变浅了。 思考 2、水中的鱼看岸上的景物会是怎样的 情景？ 思考 3、如果没有大气，将迟一些看到太阳 还是早一些看到太阳？ 因。 完成课本 例题、如图一个储油桶的底面直径与高均为 例题。 练习利用折 射率解决实际问 题。 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。 ' sin θ2= 解析： CN = CO d 4 (√ d4 ) +( d2 ) 2 2 = 1 √5 sinθ 1 c =1 .58 又n= sinθ 2 v c ∴v = =1. 9 ×108 m/s n ∴n= 学生结合 物理是一门 折射率的概念，以实验为基础的 自主设计实验，学科，让学生通 三、折射率的测定 探究测量折射 过实验探究，掌 实验二：测定玻璃的折射率。 率的方法。 握测量折射率的 原理：如图所示,通过插针法找出跟入射光线 对应的出射光线,从而找出折射光线和折射角 θ2, 再根据 n= sini sin r 求出玻璃的折射率。 方法和科学处理 实验数据的方法， 提高学生的动手 操作能力和数据 处理能力。 讨论 1：本次实验需要哪些器材？ 木板、白纸、玻璃砖、大头针、量角器、刻 度尺、铅笔。 讨论 2、简述主要的实验步骤 1、在白纸上画一直线 aa'作为界面,过 aa'上 的一点 O 画出界面的法线 NN',并画一条线段 AO 作为入射光线。 2、把长方形玻璃砖放在白纸上,并使其长边 与 aa'重合,再用刻度尺画出玻璃砖的另一边 bb'。 3 、 在 线 段 AO 上 竖 直 地 插 上 两 枚 大 头 针 P1、P2。 4、从玻璃砖 bb'一侧透过玻璃砖观察大头针 P1 、P2 的像,调整视线的方向直到 P1 的像被 P2 的 像挡住。再在 bb'一侧插上两枚大头针 P3 、P4,使 P3 能挡住 P1、P2 的像,P4 能挡住 P3 本身及 P1、P2 的像。 5、移去玻璃砖,在拔掉 P1 、P2 、P3 、P4 的同 时分别记下它们的位置,过 P3 、P4 作直线 O'B 交 bb'于 O'。连接 O、O',OO'就是玻璃砖内折射光 线的方向。∠AON 为入射角,∠O'ON'为折射角。 6、改变入射角,重复实验。 讨论 3、本实验有哪些注意事项？ 1.实验时,应尽可能将大头针竖直插在纸上,且 P1 和 P2 之间、P3 和 P4 之间、P2 与 O、P3 与 O'之 间距离要稍大一些。 2.入射角 θ1 不宜太大(接近 90°),也不宜太小 (接近 0°)。当 θ1 太大时,反射光较强,出射光较弱; 掌握科学 处理实验数据 的方法。 当 θ1 太小时,入射角、折射角测量的相对误差较大。 3.操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,更 不能把玻璃砖界面当作尺子画界线。 4.实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能 改变。 5.玻璃砖应选用宽度较大的,宜在 5 cm 以上, 若宽度太小,则测量误差较大。 讨论 4、如何进行数据处理 ① 计算法 用量角器测量入射角 θ1 和折射角 θ2,并查出其 正 弦 值 sinθ1 和 sinθ2 。 算 出 不 同 入 射 角 时 的 sinθ1/sinθ2 ,并取平均值。 ② 作 sinθ1-sinθ2 图象 改变不同的入射角 θ1,测出不同的折射角 θ2, 作 sinθ1-sinθ2 图象,由 n= sinθ1/sinθ2 ,可知图象 应为直线,如图所示,其斜率为玻璃的折射率。 完成课堂 练习。 讨论 5、怎样可以减小误差？ 1、入射光线、出射光线确定的准确性造成误 差,故在入射侧和出射侧所插两枚大头针的间距应 大一些。 2、入射角和折射角的测量造成误差。入射角 应适当大一些,可以减小测量的相对误差。 课堂练习 3、在测定玻璃折射率的实验中:(1) 某同学实验插针的步骤如下 A. 在 表 示 入 射 光 线 的 AO 上 插 上 大 头 针 P1、P2; B.通过玻璃砖观察 P2 、P1,调整视线,直到 P1 的像被 P2 的像挡住; C. 再 观 察 一 侧 插 上 大 头 针 P3 、 P4, 记 下 P3、P4 的位置。 这位同学在操作中有什么重要疏漏?　　　　 (2)以通过 P1、P2 的直线与玻璃砖的交点 O 为 圆心,以某一适当长度 R 为半径画圆,与 OA 交于 A, 与 OO'的延长线交于 C,如图所示,过 A、C 分别作 玻璃砖界面的法线 MN 的垂线,图中 B、D 分别为 垂足,用刻度尺量得 AB=45 mm,CD=30 mm,则 玻璃砖的折射率为　　　　。 (3)在测定玻璃的折射率的实验中,对一块两面 平行的玻璃砖,用“插针法”找出与入射光线对应的 出射光线,现有甲、乙、丙、丁四位同学分别做出 如图所示的四组插针结果。 ① 从图上看,肯定把针插错了的同学是 。 ② 从图上看,测量结果准确度最高的同学是 。 答案：插针时应使 P3 挡住 P1 和 P2 的像,P4 挡 住 P1、P2、P3 的像　；1.5；丙；丁。 拓展提高 1、关于折射率,下列说法正确的是(　　) A.根据 n= sini sin r 可知,介质的折射率与入 射角的正弦成正比 B.根据 n= sini sin r 通过完成练 提高练习题。 习题，巩固基础 知识。 可知,介质的折射率可能 为任何正数 C.根据 n= 完成拓展 c v 可知,介质的折射率等于光在 真空中的传播速度 c 跟光在这种介质中的传播速 度 v 之比 D.以上说法都不对 解析：某种介质的折射率只与介质本身有关, 与角度无关,选项 A 错误;介质的折射率都大于 1,选 项 B 错误;由 n= c v 可知,选项 C 正确,D 错误。 答案：C 2、一束光线与水面方向成 30°,从空气射入 水中,其反射光线和折射光线恰好垂直,则反射角和 折射角分别为(　　) A.30°,30° B.60°,60° C.60°,30° D.30°,60° 解析：画光路图如图所示,入射角与反射角相 等,故入射角为 60°,反射角也为 60°,故选项 A、D 错误;由几何知识,折射角为 30°,故选项 B 错误,C 正确。 答案：C 3、(多选)一束光从某种介质射入空气中时,入 射角 θ1=30°,折射角 θ2=60°,折射光路如图所示, 则下列说法正确的是(　　) A.此介质折射率为 B.此介质折射率为 C.相对于空气此介质是光密介质 D.光在介质中的速度比在空气中大 解析:由入射角、折射角及折射定律的含义知 n= sini = √3 ,则此介质比空气的折射