高中物理 131 光的发射和折射教案 新人教版选修34.docx
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高中物理131光的发射和折射教案新人教版选修34
2019-2020年高中物理13.1光的发射和折射教案新人教版选修3-4
1、教材分析
本节课是光学的第一小节，教材在节前首先介绍了光学的发展史。
正文直接由生活中的反射和折射现象回顾初中所学知识——反射定律和折射现象，接着由光的折射现象中折射角与入射角的定性关系直接给出了光的折射定律。
折射定律是研究几何光学的重要法宝，是全章的重点，折射率是掌握折射定律的关键，也是难点。
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。
2、教学目标
1、通过观察实验，了解光的反射和折射现象，并能规范做光路图。
2、通过对实验数据的分析，探究折射角与入射角的关系并归纳折射定律。
3、通过比较光从空气射入不同介质（玻璃和空气）时，入射角的正弦与折射角的正弦比值的不同来引出折射率的概念和理解其物理意义，并能用来解释光现象和计算有关的问题。
4、知道折射率与光速的关系，并能用来进行计算。
5、知道在光的反射和折射现象中光路是可逆的，建立光路是可逆的的观点并能用此处理有关的问题。
3、教学重点难点
重点：
折射定律的得出过程以及对光的折射率的理解
难点：
折射率的理解，折射定律与光路可逆原理的综合运用
四、学情分析（根据个人情况写）
五、教学方法
实验观察、理论分析、学案导学
6、课前准备
光的折射演示器，多媒体课件，直尺
7、课时安排：
1课时
八、教学过程
（一）预习检查、总结疑惑
检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。
（二）情景导入、展示目标。
1．多媒体播放各种光的奇妙美丽的现象。
（创设情景）
2．介绍光的发展史：
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。
3．介绍本书安排的知识：
物理光学和几何光学
3）合作探究、精讲点拨
一、反射定律
结合实验现象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。
二、折射定律
1、插针法体现光路图：
学生回顾光的反射定律和折射定律。
激励个别学生主动用实物放置来体现光的反射定律和折射定律，并请学生放置体现的具体含义。
（空间——平面——1/4平面——线；空间——平面——1/4平面——比1/4平面更小的平面，折射光线暂不能确定）。
2、提出问题1：
如何确定折射光线的位置？
3、探究光的折射规律
引导学生在光具盘上找出分界面、法线、入射光线、折射光线、入射角和折射角。
再次观察光的折射：
空间——平面——1/4平面——线：
定性观察光从空气斜射入玻璃中时折射角与入射角的关系，改变入射角的大小，观察折射角的变化，定性分析入射角与折射角的大小关系。
。
定量测定几组入射角与折射角（精度小）。
教师提供更精确数据（光从空气射入玻璃），组织学生分析数据：
入射角
折射角
10°
6.7°
20°
13.3°
30°
19.6°
40°
25.2°
50°
30.7°
60°
35.1°
70°
38.6°
80°
40.6°
◆教师用PPT控制，先给出前四组数据，学生猜测可能的函数关系，如成正比﹍﹍﹍，再用Excell计算验证。
◆教师再给出后四组数据，验证假设——修正猜测﹍﹍﹍，得出初步结论。
4、介绍历史足迹，渗透思想、方法教育
公元140年，希腊天文学家托勒密曾经认为，入射角与折射角之间存在着简单的正比关系，并且用实验方法求出了从空气射入玻璃时=0．67。
但是，由此计算出来的折射角，只对比较小的入射角才大致与实验结果相符，当入射角增大时，就不符合了。
为了研究折射角与入射角的定量关系，科学家作了多方面的尝试，直到1621年，斯涅耳才终于找到了这个关系。
人类从积累入射角与折射角的数据到找出两者之间的定量关系，经历了一千多年的时间。
直到1621年，荷兰数学家斯涅耳才终于找到了入射角与折射角之间的规律：
入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。
5、归纳折射定律
折射定律：
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别位于法线的两侧；入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。
即式中是比例常数。
说明，我们在上一章研究波的折射时已见过这个等式，那时从惠更斯原理得出的推论；而这里是用实验得出的。
由此我们可以想到：
光可能是一种波？
6、实验直观观察折射现象中光路可逆
演示光路可逆实验。
光从空气斜射入玻璃中的实验已经在前面做过，若让光从玻璃射入空气中，结果会如何？
请一位同学用笔在入射光线和折射光线的位置分别做上一个标记。
再让入射光线逆着原来折射光线的方向入射，观察现在折射光线的所在的位置是否与原入射光线的方向相同。
三、折射率
1、创造情景2：
进一步验证折射定律（光从空气射入水时的情况）
入射角（度）
折射角（度）
0
0
10
7°29＇
20
7°52＇
30
22°01＇
40
28°49＇
50
35°49＇
60
40°30＇
70
44°48＇
80
47°36＇
2、发现问题2：
光从空气射入水时入射角的正弦跟折射角的正弦的比值不一样？
3、探讨比值常数的含义
光从第1种介质射入第2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，但是对不同的介质来说，这个常数是不同的。
由此可见常数与入射角、折射角无关，只与两种介质有关。
交代常数就记为
在实际应用中，遇到最多的情形是光从空气射入某种介质，或从某种介质射入空气，而空气对光的传播的影响很小，可以当作真空处理。
因此，以后我们讨论光从真空射入介质的情形，常数就记为。
对于不同的介质常数是不同的。
光从空气射入玻璃时，常数=1.5；光从空气射入水时=1.33。
可见常数与介质有关系。
4、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，用符号表示。
=sinθ1/sinθ2
（2）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
折射率
2.42
1.63
1.5-1.8
1.55
1.55
1.36
1.33
1.00028
（3）意义：
是一个反映介质光学特性的物理量。
常数越大，光线从空气射入这种介质时偏折的角度越大。
5、折射率与光的传播速度的关系：
研究表明，光在不同介质中的速度不同。
这也正是光发生折射的原因。
某种介质的折射率，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，即
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。
光从真空射入任何介质时，sinθ1都大于sinθ2，即入射角大于折射角。
思考“当光从介质射入空气时，会怎么样呢？
”
根据光路可逆，光由玻璃砖射向空气时，即入射角小于折射角，并再次实验演示。
并引导学生讨论“当光由玻璃射入空气时sinθ1是否与sinθ2成正比及比例常数是多少？
玻璃的折射率是多大？
”。
从而真正理解折射率和灵活应用光路可逆。
课堂巩固训练：
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：
（四）反思总结，当堂检测。
教师组织学生反思总结本节课的主要内容，并进行当堂检测。
设计意图：
引导学生构建知识网络并对所学内容进行简单的反馈纠正。
（课堂实录）
（五）发导学案、布置预习。
九、板书设计
1．折射定律：
内容（三句话）
2．折射率：
定义（光从真空射入空气……
意义
3．折射率与光速的关系：
4．光路可逆
体会画好光路的必要性和重要性
十、教学反思（根据实际情况写）
2019-2020年高中物理13.1光的折射教案新人教版3-4
【教学目标】
（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】实验演示法
【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v（老师补充）因此，当光线由空气射入介质时，如由空气射入玻璃、水中（教师形象示范出），折射角小于入射角，叫近法线折射；当光线由介质射入空气时，如由玻璃或水射入空气中，折射角大于入射角，叫远法线折射。
2、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∠AOF=∠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。
（四）课余作业
完成P54“问题与练习”的题目。
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°）
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