4.1光的折射（導(dǎo)學(xué)案）（教師版）

第1節(jié)光的折射導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標】1.認識光的反射及折射現(xiàn)象，知道法線、入射角、反射角、折射角的含義。2.通過實驗探究，理解折射率的概念和光的折射定律。3.會測量玻璃等材料的折射率，通過實驗體會光線模型的建構(gòu)過程?！緦W(xué)習(xí)重難點】1.教學(xué)重點：折射定律的應(yīng)用。折射率的測量。2.教學(xué)難點：折射定律與光路可逆原理相結(jié)合的應(yīng)用【自主預(yù)習(xí)】光的折射1．光的反射(1)反射現(xiàn)象：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，一部分光返回到第1種介質(zhì)的現(xiàn)象。(2)反射定律：反射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，反射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；反射角等于入射角。2．光的折射(1)折射現(xiàn)象：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，一部分光進入第2種介質(zhì)的現(xiàn)象。(2)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)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比，即eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n12(式中n12是比例常數(shù))。光的折射定律的三個關(guān)鍵詞：“同平面”“線兩旁”“成正比”。(3)在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。二、折射率1．定義光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫作這種介質(zhì)的絕對折射率，簡稱折射率，即n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)。2．折射率與光速的關(guān)系某種介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的傳播速度c與光在這種介質(zhì)中的傳播速度v之比，即n＝eq\f(c,v)?！菊n堂探究】【新課導(dǎo)入】觀察以下視頻，你知道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？然后提問：為什么泳池水看起來比實際的淺呢？海市蜃樓是怎么形成的？光的折射【新課教學(xué)】任務(wù)一、折射定律（一）光的反射陽光照射水面時，我們能夠看到水中的魚和草，同時也能看到太陽的倒影，這說明什么？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。然后提問：光的反射有什么規(guī)律？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（二）實驗演示演示實驗，認真觀察實驗，光從玻璃中入射到空氣中，發(fā)生了什么現(xiàn)象？一部分反射了反射，一部分傳播到空氣中然后提問：光的折射有什么規(guī)律？（三）光的折射1.光的折射：光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。2.光的折射定律（1)折射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi)(2)折射光線和入射光線分居法線兩側(cè)(3）當(dāng)光從空氣斜射入玻璃中時，折射角小于入射角（4）當(dāng)光從玻璃斜射入空氣中時，折射角大于入射角（5)當(dāng)入射角增大時，折射角也隨著增大入射角與折射角有什么定量關(guān)系呢？借助以下圖片回答問題：結(jié)論：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比觀察以下圖片，如果將玻璃換成其它介質(zhì)，入射角和折射角的正弦之比是否具有相同的結(jié)論？總結(jié)：光從一種介質(zhì)進入到另一種介質(zhì)時，總有入射角的正弦與折射角的正弦之比相等。折射定律：任務(wù)二、折射率思考與討論觀察以下圖片。然后提問你還能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？常數(shù)與介質(zhì)有關(guān)系，是一個反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量。常數(shù)越大，光線以相同入射角從真空斜射入這種介質(zhì)時偏折的角度越大。（二）折射率1.定義：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種介質(zhì)的絕對折射率，簡稱折射率。用符號n表示。2.定義式:說明：（1）n的大小與θ1和θ2無關(guān)，與介質(zhì)和入射光的頻率有關(guān)，對于確定的介質(zhì)，n是定值，不能說n∝sinθ1或n∝1/sinθ2（2）折射率無單位，任何介質(zhì)的折射率皆大于1。（3）折射率反映介質(zhì)對光的偏折作用，n越大光線偏折越厲害。(4)光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時,折射角與入射角的大小關(guān)系不要一概而論,要視兩種介質(zhì)的折射率大小而定。(5)當(dāng)光從折射率小的介質(zhì)斜射入折射率大的介質(zhì)時,入射角大于折射角,當(dāng)光從折射率大的介質(zhì)斜射入折射率小的介質(zhì)時,入射角小于折射角。任務(wù)三、實驗：測定玻璃的折射率（一）實驗思路玻璃是一種透明介質(zhì)，光從空氣入射到玻璃的界面上會發(fā)生折射，如何把玻璃的折射率測出來？思路：選取一塊玻璃磚按在白紙上，作出玻璃磚的輪廓，然后作出入射玻璃磚的光線和出射玻璃磚的光線，最后連接入射點和出射點的光線，這就是折射光線。最后測出入射角和折射角的大小，代入公式就可以得出答案。如何作出入射光線和出射光線？在白紙上畫一條直線aa′，并取aa′上的一點O為入射點，作過O的法線NN′，畫出線段AO作為入射光線，并在AO上插上P1、P2兩根大頭針，在白紙上放上玻璃磚，使玻璃磚的一條長邊與直線aa′對齊，并畫出另一條長邊的對齊線bb′，再在另一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3、P2、P1的像，記下P3、P4位置。（二）實驗步驟請設(shè)計出實驗方案，并與其他同學(xué)交流？學(xué)生總結(jié)分享，在學(xué)生分享基礎(chǔ)上讓學(xué)生觀察規(guī)范視頻。（三）數(shù)據(jù)分析如何進行數(shù)據(jù)分析才能得出結(jié)論？1．平均值法算出不同入射角時的比值，最后求出在幾次實驗中所測的平均值，即為玻璃磚的折射率。2．圖象法以sinθ1值為橫坐標、以sinθ2值為縱坐標，建立直角坐標系，如圖1所示。描數(shù)據(jù)點，過數(shù)據(jù)點連線得一條過原點的直線。求解圖線斜率k，則，故玻璃磚折射率。3．作圖法在找到入射光線和折射光線以后，以入射點O為圓心，以任意長為半徑畫圓，分別與AO交于C點、OO′(或OO′的延長線)交于D點，過C、D兩點分別向NN′作垂線，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的長，如圖2所示。由于，，且CO＝DO，所以折射率。（四）注意事項做該實驗時需要注意什么事項？(1)實驗時，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間，P2與O點之間，P3與P4之間，P3與O′點之間距離要稍大一些。(2)入射角θ1應(yīng)適當(dāng)大一些，以減小測量角度的誤差，但入射角不宜太大，也不宜太小。(3)在操作時，手不能觸摸玻璃磚的光潔面。更不能把玻璃磚界面當(dāng)尺子畫界線。(4)在實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。(5)玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的，宜在5cm以上。若寬度太小，則測量誤差較大。哪些原因會導(dǎo)致實驗有誤差？(1)入射光線和出射光線確定得不夠精確，因此要求插大頭針時，兩大頭針間距應(yīng)適當(dāng)大一些。(2)入射角和折射角的測量造成誤差，故入射角應(yīng)適當(dāng)大些，以減小測量的相對誤差?！咀晕覝y評】1.如圖所示，國家游泳中心“水立方”的透明薄膜“外衣”上點綴了無數(shù)白色亮點，他們被稱為鍍點，北京奧運會舉行時正值盛夏，鍍點能改變光線方向，將光線擋在場館外，鍍點對外界陽光的主要作用是()A．反射太陽光線，遵循光的反射定律B．反射太陽光線，不遵循光的反射定律C．折射太陽光線，遵循光的折射定律D．折射太陽光線，不遵循光的折射定律【答案】A【詳解】“擋在場館外”一定是反射，只要是反射就一定遵循光的反射定律。2．根據(jù)圖中的漫畫，判斷下列說法中正確的是()A．人看到的是魚的實像，位置變淺了些B．人看到的是魚的虛像，位置變深了些C．魚看到的是人的實像，位置偏低了些D．魚看到的是人的虛像，位置偏高了些【答案】D【詳解】人看到的是魚發(fā)出的光線經(jīng)過水面折射的光線的反向延長線相交后形成的虛像，光線從水射向空氣中時，折射角大于入射角，作出從魚S1發(fā)出的兩條光路，將折射光線反向延長，得到的交點為人所看到的魚的虛像S1′，如圖所示，可以看出虛像的位置變淺了，A、B錯誤；同理，魚看到的是人發(fā)出的光線經(jīng)過水面折射形成的虛像，根據(jù)光路可逆原理，魚看到人的虛像的位置偏高了，C錯誤，D正確。3．有一塊材料均勻、厚度一定的透明玻璃平板，一束單色光由空氣照射到玻璃板上，第一次沿垂直于板面方向入射，第二次沿與板面成某一傾角方向入射，則()A．第一次入射時光的方向未發(fā)生偏折，說明此時光在玻璃中的傳播速度與在空氣中的相同B．一、二兩次光在玻璃中傳播時經(jīng)歷的時間相同C．一、二兩次光在玻璃中傳播的速度不同D．一、二兩次光在玻璃中傳播的速度相同【答案】D【詳解】光在同種介質(zhì)中傳播速度相同，光在不同介質(zhì)中傳播速度不同，故A、C錯誤，D正確；兩次光在玻璃中通過的路程不同，則時間不同，故B錯誤。4．一束光由空氣射入某介質(zhì)時，入射光線與反射光線間的夾角為90°，折射光線與反射光線間的夾角為105°，則該介質(zhì)的折射率及光在該介質(zhì)中的傳播速度為()A．eq\r(2)，eq\r(2)c B．eq\r(3)，eq\f(\r(2)c,2)C．eq\r(3)，eq\r(3)c D．eq\r(2)，eq\f(\r(2)c,2)【答案】D【詳解】選D由反射定律和題意可知，反射角和入射角均為45°，折射角為r＝180°－45°－105°＝30°，則折射率n＝eq\f(sin45°,sin30°)＝eq\r(2)，所以光在該介質(zhì)中的速度v＝eq\f(c,n)＝eq\f(c,\r(2))＝eq\f(\r(2),2)c，故D選項正確。5．假設(shè)地球表面不存在大氣層，那么人們觀察到的日出時刻與實際存在大氣層的情況相比將________(選填“提前”或“延后”)?！敬鸢浮垦雍蟆驹斀狻考偃绲厍蛑車鷽]有大氣層，太陽光將沿直線