【教案】光的折射+教案-2022-2023學(xué)年高二上學(xué)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(xué)生在初中已有所學(xué)習(xí)。本節(jié)的重點(diǎn)是光的折射定律和折射率的測定，教學(xué)中要給予充分重視。教學(xué)中要求學(xué)生能在折射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，經(jīng)過分析和推理得出定性結(jié)論；再通過實(shí)驗(yàn)探究，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)特點(diǎn)和規(guī)律，得出定量結(jié)論，從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究的能力。本節(jié)內(nèi)容是第2節(jié)“全反射”的基礎(chǔ)?！冀虒W(xué)目標(biāo)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(shí)驗(yàn)。科學(xué)思維∶會區(qū)別光從空氣入水和從水進(jìn)入空氣時(shí)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(jì)算有關(guān)問題?？茖W(xué)探究：會測定玻璃折射率，能解釋生活中的折射現(xiàn)象?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任∶從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象激發(fā)學(xué)生興趣引出課題，使學(xué)生感受奇妙的物理現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)?！冀虒W(xué)重難點(diǎn)〗教學(xué)重點(diǎn)：理解折射定律會利用折射定律解釋相關(guān)光現(xiàn)象和計(jì)算有關(guān)問題。教學(xué)難點(diǎn)：理解折射率的概念，會通過實(shí)驗(yàn)測定玻璃的折射率。〖教學(xué)準(zhǔn)備〗水、激光、玻璃磚等。〖教學(xué)過程〗一、新課引入（播放動圖）射水魚在水中能準(zhǔn)確射中水面上不遠(yuǎn)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(xué)陽光照射水面時(shí)，我們能夠看到水中的魚和草，同時(shí)也能看到太陽的倒影，這說明：光從空氣射到水面時(shí)，一部分光射進(jìn)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(shí)，一部分光會返回到第1種介質(zhì)，這個(gè)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(shí)遵從反射定律，光在折射時(shí)遵從什么規(guī)律呢？（一）折射定律播放光的折射的實(shí)驗(yàn)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(jìn)行投影實(shí)驗(yàn)，多次改變?nèi)肷浣嵌?，觀察。得出實(shí)驗(yàn)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(gè)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(xué)家進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，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(gè)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(gè)常數(shù)n是不同的，他是一個(gè)反應(yīng)光學(xué)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(shí)，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(shí)際生活中接觸的都是由空氣射入某種介質(zhì)的情況，因?yàn)榭諝鈱獾膫鞑ビ绊懞苄?，所以可以把空氣?dāng)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(gè)定律的基礎(chǔ)上，在經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)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(yuǎn)是一個(gè)大于一的數(shù)。另外折射率還等于兩個(gè)角的正弦之比，也就是兩個(gè)數(shù)的比，所以折射率還是沒有單位的。課本例題如圖，一個(gè)儲油桶的底面直徑與高均為d。當(dāng)桶內(nèi)沒有油時(shí)，從某點(diǎn)A恰能看到桶底邊緣的某點(diǎn)B。當(dāng)桶內(nèi)油的深度等于桶高的一半時(shí)，仍沿AB方向看去，恰好看到桶底上的點(diǎn)C，C、B兩點(diǎn)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(dāng)桶內(nèi)沒有油時(shí)，從a點(diǎn)恰能看到b點(diǎn)，這也就是說從b點(diǎn)向桶右沿發(fā)出的光線恰能通過A點(diǎn)，這3點(diǎn)是共線的。在這個(gè)等腰直角三角形中，這個(gè)角∠AON是45度，這個(gè)角∠BON也是45度。又說當(dāng)桶油的深度等于高的一半時(shí)，在A點(diǎn)恰好能看到桶底上的c點(diǎn)，這里是指桶內(nèi)有一半兒油時(shí)，C點(diǎn)發(fā)出的光線在油和空氣的分界線發(fā)生折射時(shí)恰好能通過桶的右沿是向a點(diǎn)。因?yàn)檎凵涔饩€恰好經(jīng)過這兩個(gè)點(diǎn)，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(shí)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(biāo)上入射角和折射角，在這個(gè)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(gè)三角形的中位線，則O是斜邊的中點(diǎn)，對應(yīng)的N/的就是桶底的中點(diǎn)，已知BC等于1/4d。那CN/就是1/4d。在這個(gè)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(gè)同位角相等，所以折射角也是45度。即將這兩個(gè)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(shí)際的問題，一定要先畫出光路圖，再用幾何方法算出對應(yīng)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)與其對應(yīng)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(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)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(dāng)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(biāo)，以sinθ2橫坐標(biāo)，用表中的數(shù)據(jù)找到對應(yīng)的點(diǎn)，連出一條過原點(diǎn)的直線，他的斜率k等于縱坐標(biāo)比上橫坐標(biāo)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都要查正弦函數(shù)表顯很麻煩。正圓法：教你一個(gè)更簡便的方法，以O(shè)點(diǎn)為圓心，任取一個(gè)長度為半徑畫圓。則有一樣可以求得折射率。3.注意事項(xiàng)①插針的間距適當(dāng)大些。實(shí)驗(yàn)中的四根針，AB，CD的間距如果過小，在確定光路方向時(shí)，容易出現(xiàn)較大的誤差，只要他們的間距適當(dāng)大些，這個(gè)誤差就會減小很多。所以插針的間距要適當(dāng)大些。②選用較厚的玻璃磚。類似的問題在選擇玻璃磚時(shí)，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(yīng)的折射角會更小，在角度測量時(shí)相對誤差會更大，反之，如果入射角太大，反射光會太強(qiáng)，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(shí)驗(yàn)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(dāng)?shù)木嚯x即可。（四）折射率的應(yīng)用1.海市蜃樓2.蒙氣差現(xiàn)象3.鉛筆彎折之謎課堂練習(xí)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(diǎn)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(jìn)入空氣時(shí)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(shí)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(shè)計(jì)〗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