【教案】光的折射+教案-2022-2023學年高二上學期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊

.1光的折射〖教材分析〗本節(jié)教材對光的反射知識作了簡單的回顧，這部分內(nèi)容學生在初中已有所學習。本節(jié)的重點是光的折射定律和折射率的測定，教學中要給予充分重視。教學中要求學生能在折射實驗現(xiàn)象的基礎上，經(jīng)過分析和推理得出定性結(jié)論；再通過實驗探究，分析實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)特點和規(guī)律，得出定量結(jié)論，從而培養(yǎng)學生科學思維和科學探究的能力。本節(jié)內(nèi)容是第2節(jié)“全反射”的基礎。〖教學目標與核心素養(yǎng)〗物理觀念∶知道折射定律與折射率，能夠完成測量玻璃的折射率實驗?？茖W思維∶會區(qū)別光從空氣入水和從水進入空氣時的折射定律，知道折射率與介質(zhì)有關(guān)，會利用折射定律解釋相關(guān)光現(xiàn)象和計算有關(guān)問題?？茖W探究：會測定玻璃折射率，能解釋生活中的折射現(xiàn)象?？茖W態(tài)度與責任∶從實驗現(xiàn)象激發(fā)學生興趣引出課題，使學生感受奇妙的物理現(xiàn)象，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)?！冀虒W重難點〗教學重點：理解折射定律會利用折射定律解釋相關(guān)光現(xiàn)象和計算有關(guān)問題。教學難點：理解折射率的概念，會通過實驗測定玻璃的折射率?！冀虒W準備〗水、激光、玻璃磚等?！冀虒W過程〗一、新課引入（播放動圖）射水魚在水中能準確射中水面上不遠處的小昆蟲。水中的魚看到小昆蟲在什么位置？是在昆蟲的上方還是下方？二、新課教學陽光照射水面時，我們能夠看到水中的魚和草，同時也能看到太陽的倒影，這說明：光從空氣射到水面時，一部分光射進水中，另一部分光返回到空氣中。一般說來，光從第1種介質(zhì)射到該介質(zhì)與第2種介質(zhì)的分界面時，一部分光會返回到第1種介質(zhì)，這個現(xiàn)象叫作光的反射。遵循反射定律：①反射光線與入射光線、法線在同一平面。②反射光線和入射光線分居法線兩側(cè)。③反射角等于入射角。我們已經(jīng)知道光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)中，傳播方向通常會發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為光的折射。這種現(xiàn)象發(fā)生在兩種介質(zhì)的分界面上，而且光必須是斜射入的，也就入射角不等于零度，才會有折射現(xiàn)象。如果光這樣垂直射入分界面，光的傳播方向不改變，是沒有折射的。問題：光在反射時遵從反射定律，光在折射時遵從什么規(guī)律呢？（一）折射定律播放光的折射的實驗視頻。讓一束光由一種介質(zhì)斜著射向另一種介質(zhì)。思考：光發(fā)生了折射，它的入射角θ1和折射角θ2存在什么樣的關(guān)系呢？如圖所示進行投影實驗，多次改變?nèi)肷浣嵌?，觀察。得出實驗規(guī)律：折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)。θ1sinθ1θ2sinθ2sinθ1/sinθ21300.50190.331.542400.64250.421.523500.77300.501.534600.87350.571.51平均值1.52測量多個入射角和折射角，找出這些數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。從數(shù)據(jù)可以看出如果由光疏介質(zhì)向光密介質(zhì)傳播，入射角大于折射角。但他們數(shù)值上并不是簡單的正比關(guān)系，經(jīng)過科學家進行了大量的實驗，找到了他們之間的關(guān)系。入射角和折射角的正弦函數(shù)成正比，這個規(guī)律稱為光的折射定律。式中n12是比例常數(shù)，它與入射角、折射角的大小無關(guān)，只與兩種介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。（二）折射率對于不同的介質(zhì)，這個常數(shù)n是不同的，他是一個反應光學性質(zhì)的物理量，被稱作介質(zhì)的折射率。光從真空射入某種介質(zhì)時，入射角和折射角正弦的比值叫做該種介質(zhì)絕對折射率，簡稱折射率。實際生活中接觸的都是由空氣射入某種介質(zhì)的情況，因為空氣對光的傳播影響很小，所以可以把空氣當做真空處理，即把光從空氣到某種介質(zhì)的折射率近似看作絕對折射率。注意：n的大小與介質(zhì)有關(guān)，與θ1和θ2無關(guān)，對于確定的介質(zhì)，n是定值，不能說n∝sinθ1或n∝1/sinθ2在這個定律的基礎上，在經(jīng)過大量的實驗發(fā)現(xiàn)介質(zhì)的折射率還等于光在真空中的速度除以光在該介質(zhì)中的速度以水為例，光在水中的速度等于在真空中速度的3/4，則水的折射率就等于真空的光速，除以水中的速度，約等于1.33（）。由于光在任何介質(zhì)中的傳播速度都小于真空中的光速，即分母小于分子，所以折射率永遠是一個大于一的數(shù)。另外折射率還等于兩個角的正弦之比，也就是兩個數(shù)的比，所以折射率還是沒有單位的。課本例題如圖，一個儲油桶的底面直徑與高均為d。當桶內(nèi)沒有油時，從某點A恰能看到桶底邊緣的某點B。當桶內(nèi)油的深度等于桶高的一半時，仍沿AB方向看去，恰好看到桶底上的點C，C、B兩點相距1/4d。求油的折射率和光在油中傳播的速度。解析：首先要根據(jù)題目的描述畫出光路圖。題目說當桶內(nèi)沒有油時，從a點恰能看到b點，這也就是說從b點向桶右沿發(fā)出的光線恰能通過A點，這3點是共線的。在這個等腰直角三角形中，這個角∠AON是45度，這個角∠BON也是45度。又說當桶油的深度等于高的一半時，在A點恰好能看到桶底上的c點，這里是指桶內(nèi)有一半兒油時，C點發(fā)出的光線在油和空氣的分界線發(fā)生折射時恰好能通過桶的右沿是向a點。因為折射光線恰好經(jīng)過這兩個點，所以它一定與AB光線是共線的。第一問，求球的折射率？你已經(jīng)知道光由介質(zhì)射向空氣時入射角和折射角的正弦之比等于折射率分之一。要求折射率，只要求出這兩角就可以。在圖中分別標上入射角和折射角，在這個三角形中，入射角的正弦值等于對邊比斜邊即，要求CN/的長度，先要確定CN/的位置，其中已知油的高度是桶高的一半兒，這條線就是這個三角形的中位線，則O是斜邊的中點，對應的N/的就是桶底的中點，已知BC等于1/4d。那CN/就是1/4d。在這個三角形中，斜邊的平方等于兩直角邊的平方和，即，其中ON/油的高度，即1/2d，解得。再來看折射角，明顯這兩個同位角相等，所以折射角也是45度。即將這兩個式子帶入這里，即可求出油的折射率，即。再來看第二問，求光在油中的速度是多少。由折射率公式。有以后遇到這類聯(lián)系實際的問題，一定要先畫出光路圖，再用幾何方法算出對應線段的長度，然后用線段長度求助入射角和折射角的正弦值，就可以求出介質(zhì)的折射率。求光在介質(zhì)中速度的時候，直接利用折射率公式就可以了。（三）測量玻璃的折射率1.實驗原理我們已經(jīng)知道了折射率的定義式，顯然要測量技術(shù)的折射率，只需要測定光在兩氣質(zhì)中的入射角和折射角就可以了。要用激作為光源才能看到比較清晰的光路，然后再測定入射角和折射角。從三角函數(shù)表中查出他們的正弦值，記住表格里用以上方法分別求出入射角是30度，40度，50度，60度時與其對應的折射角，并查出他們的正弦值，利用折射率的定義式算出折射率，求出平均值，就是玻璃的折射率。θ1sinθ1θ2sinθ2sinθ1/sinθ21300.50190.331.542400.64250.421.523500.77300.501.534600.87350.571.51平均值1.52注意：在做這個實驗的時候，不能用手直接拿玻璃磚的光潔面不然會變臟影響測量結(jié)果。也不能直接把玻璃磚當尺子畫邊界線，這樣也會弄臟光潔面，甚至造成玻璃打破損。2.數(shù)據(jù)處理列表法：插針法測定玻璃的折射率，這是通過測量多組數(shù)據(jù)求平均值的方法來減小偶然誤差。圖像法：以sinθ1為縱坐標，以sinθ2橫坐標，用表中的數(shù)據(jù)找到對應的點，連出一條過原點的直線，他的斜率k等于縱坐標比上橫坐標寫成式子，不就是折射率的定義式嗎。這樣，你只要將數(shù)據(jù)畫到這樣的圖像中，求出直線斜率，可以求出折射率。但是每次實驗數(shù)據(jù)都要查正弦函數(shù)表顯很麻煩。正圓法：教你一個更簡便的方法，以O點為圓心，任取一個長度為半徑畫圓。則有一樣可以求得折射率。3.注意事項①插針的間距適當大些。實驗中的四根針，AB，CD的間距如果過小，在確定光路方向時，容易出現(xiàn)較大的誤差，只要他們的間距適當大些，這個誤差就會減小很多。所以插針的間距要適當大些。②選用較厚的玻璃磚。類似的問題在選擇玻璃磚時，磚的厚度如果太小，折射光線會不夠明顯這樣也會造成光路較大的誤差。所以要選用較厚的玻璃磚。③大頭針要豎直插入。如果傾斜，一樣會造成光路方向的誤差。④入射角最好在30-60之間。最后是插針確定的入射角，如果太小，對應的折射角會更小，在角度測量時相對誤差會更大，反之，如果入射角太大，反射光會太強，那么折射光就會非常弱，這樣就不容易觀察到鋼針的像造成實驗誤差，所以入射角最好存在30度~60度之間。另外，如果折射光線受到了玻璃磚右側(cè)，可將玻璃磚向右平移適當?shù)木嚯x即可。（四）折射率的應用1.海市蜃樓2.蒙氣差現(xiàn)象3.鉛筆彎折之謎課堂練習例1：圖是光線由空氣射入半圓形玻璃磚，再由玻璃磚射入空氣中的光路圖。O點是半圓形玻璃磚的圓心，指出哪些情況是可能發(fā)生的，哪些情況是不可能發(fā)生的。解：甲、丁不可能發(fā)生，乙、丙可能發(fā)生。注意：可能發(fā)生不表示一定發(fā)生，因未給出臨界角，不能判斷光線由玻璃進入空氣時入射角是否大于臨界角，即情況丙只能判斷可能發(fā)生，不能斷定一定發(fā)生。情況乙不但是可能發(fā)生，而且是一定發(fā)生。例2：圖是光由空氣射入某種介質(zhì)時的折射情況，試由圖中所給出的數(shù)據(jù)求出這種介質(zhì)的折射率和這種介質(zhì)中的光速。解：〖板書設計〗4.1光的折射一、折射定律折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與