高中物理選修有關光的折射、全反射及棱鏡的教學建議

有關光的折射、全反射及棱鏡的教學建議有關光的反射的知識，內(nèi)容本身比較簡明，又有初中的基礎，學生學習時并不感到困難．光的折射的知識，初中學習的內(nèi)容是很粗淺的，到這里要進一步深化，學生學習時就會有些困難了，主要反映在折射率概念的理解、產(chǎn)生全反射的條件和透鏡成像的計算上．因此，本單元知識既是全章的重點，也是難點，教學中要充分重視．（1）折射定律在初中是作為實驗的結(jié)論提出來的，定律沒有講入射角的正弦跟折射角的正弦成正比，只是說入射角與折射角哪個大．現(xiàn)在，教材中簡要地介紹了折射定律發(fā)現(xiàn)的過程，通過史料的學習可以使學生認識到科學上的發(fā)現(xiàn)，是經(jīng)過曲折艱辛的過程的，培養(yǎng)學生為科學獻身的精神．同時，也可以啟發(fā)學生遵循人類認識發(fā)展的規(guī)律去學習物理定律．實踐——假設——再實踐——修正假設，認識得到發(fā)展．通過定律發(fā)現(xiàn)歷史的講述，還會使定律在學生腦中留下深刻的印象．課文中圖20-11畫的是光的折射，沒有畫出反射光線，事實上一束光射到介質(zhì)表面，其能量會分配成入射和折射兩部分．可以讓學生了解，對不同的入射角，能量分配比例也不同．比如光由空氣射到玻璃表面時能量分配情況如下表：（2）折射率是掌握折射定律的關鍵，也是難點．學生感到難，是因為沒有弄清掌握折射率的幾個層次，即1）當光由真空射入水中時，入射角、折射角以及它們的正弦值是可以改變的，但是正弦值之比卻是個常數(shù)．2）對不同的介質(zhì)，比如光由真空射入玻璃時，入射角的正弦跟折射角的正弦之比也是個常數(shù)，此常數(shù)與光由真空射入水時的那個常數(shù)是不同的．不同的介質(zhì)具有不同的常數(shù)，說明常數(shù)反映著介質(zhì)的光學特性．3）介質(zhì)的折射率n跟光在其中的傳播速度v有關：這最后一點，由于學生的知識準備不夠，很難講清它的道理，不必做進一步的講解．（3）閱讀材料《光在大氣中的折射》，可以給學生增加一點常識，同時也是折射規(guī)律的應用實例．在閱讀時要給學生一些指導，對書上插圖可補充兩點：光路彎曲是由于折射，在圖中畫出法線就一目了然了（見圖甲）；人眼根據(jù)經(jīng)驗，總是逆著光線方向去尋找發(fā)光的天體，認為天體是在MS＇方向上．為了幫助學生理解可畫輔助圖乙．小實驗，可留給學生課下做，露出水面部分在水中的像往往不太清重合．本實驗原理要運用反射與折射的規(guī)律，是個很有物理意義的實驗．實驗中由于讀數(shù)不易準確，誤差可能較大．（4）全反射現(xiàn)象在生活中常會遇到，要讓學生認識并掌握全反射現(xiàn)象產(chǎn)生的條件：一是光由光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)，二是入射角大于（或等于）臨界角．教學中首先要讓學生正確理解“光密”和“光疏”的概念，不但要了解“密”與“疏”是相對而言的，還要讓學生知道不能把光密與光疏跟介質(zhì)密度的大小混同起來，例如酒精對水來說是光密介質(zhì)，它的密度卻比水?。浯危寣W生正確理解臨界角的概念．為此，必須把演示實驗做好，給學生留下深刻的印象．不但要讓學生看到，折射角隨人射角的增大而增大，入射角增大到某一角度時，折射角達到最大值（90°），再增大入射角，光疏介質(zhì)中就沒有折射光了，還要讓學生看到，隨著入射角和折射角的增大，反射光不斷增強，折射光不斷減弱，當折射角接近90°時，折射光急劇減弱（直到為零），反射光急劇增強（直到跟入射光強度相等）．在學生理解并掌握了全反射現(xiàn)象及其產(chǎn)生的條件后，可以舉出一些現(xiàn)象讓學生運用全反射的知識進行分析解釋，例如，草葉上的露珠在陽光照射下晶瑩透亮，空試管放在盛水的燒杯中，會看到試管壁很明亮，等等．光導纖維是全反射的實際應用，雖然是選學內(nèi)容，但與現(xiàn)代科學技術的發(fā)展關系密切，在課時允許的條件下，還應該講一講．教學中要注意講清傳光束與傳像束的區(qū)別，前者只能傳光，后者才能傳像．在講傳像原理時，要注意講清每根光纖只傳送一個“像素”，多個像素集合起來才形成完整的像，輸入端和輸出端像素必須是一一對應的才能傳像．所以傳像束兩端排列的相對位置是相同的．（5）學生實驗：測定玻璃的折射率，這是幾何光學部分的基本實（6）棱鏡．作為一種光學元件，可用來改變光路（如全反射棱鏡），也是分光鏡中的主要元件，講解棱鏡的另一個目的是為講透鏡的折光作準備．要讓學生抓住棱鏡控制光路的要點；光線向底面偏折；虛像向頂角偏移．建議把棱鏡光路圖改畫成如圖2甲，使學生對“底面”、“頂角”有個靈活的看法，對棱鏡成虛像的光路圖（圖2乙）要作點說明：從光源一點S發(fā)出的光線中選出兩條作為入射光線，這兩條光線的入射角不同，折射后將更加分開，從棱鏡射出的兩條光線肯定是不相交的．但它們的反向延長線交于S＇，S＇就是S經(jīng)棱鏡所成的虛像．還要讓學生了解，全反射棱鏡和平面鏡在改變光路方面，效果是相同的．可是，利用平面鏡反射時，其玻璃表面和鍍層表面都要產(chǎn)生反射，會使所成的像模糊些，并且在鍍層表面會有一定的光能被吸收．所以全反射棱鏡優(yōu)于平面反射鏡．（7）折射與光的色散，是從折射的角度，介紹了白光經(jīng)過三棱鏡后會發(fā)生色散形成光譜；到“光的干涉”部分時，再介紹不同色光的頻率和波長；然后在“光譜”一節(jié)再介紹分光鏡的光路圖和有關光譜的基礎知識．這三部分內(nèi)容是互相聯(lián)系的．講授光的色散