導(dǎo)學(xué)案：4.4 光的折射（教師版）

學(xué)而優(yōu)教有方4.4光的折射（導(dǎo)學(xué)案）【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.了解光的折射現(xiàn)象。2.知道光在發(fā)生折射時，光路是可逆的。3.能夠利用所學(xué)知識解釋生活中的折射現(xiàn)象?！緦W(xué)習(xí)重點(diǎn)】光的折射規(guī)律及其解釋有關(guān)現(xiàn)象?！緦W(xué)習(xí)難點(diǎn)】用光的折射規(guī)律解釋光的折射現(xiàn)象。【自主預(yù)習(xí)】閱讀教材第101頁第4節(jié)《光的折射》，并完成以下內(nèi)容：1.光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時，傳播方向發(fā)生偏折，這種現(xiàn)象叫做光的折射.2.光的折射規(guī)律：①折射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)；折射光線和入射光線分居在法線兩側(cè)。②光從空氣斜射入水中或其他介質(zhì)中時，折射光線向法線方向偏折，折射角小于入射角；當(dāng)入射角增大時，折射角也增大。當(dāng)光從空氣垂直射入水中或其他介質(zhì)中時，傳播方向不變。③在折射現(xiàn)象中，光路可逆(選填“可逆”或“不可逆”)。3．“潭清疑水淺”是光的折射現(xiàn)象?！耙伤疁\”是指站在岸邊向水底看，覺得水底比實(shí)際的淺（淺/深）一些。“海市蜃樓”是遠(yuǎn)處物體發(fā)出的光在射向空氣的過程中，由于空氣疏密不均勻而發(fā)生折射產(chǎn)生的現(xiàn)象?！竞献魈骄俊刻骄恳?、光的折射1.光的折射概念（1）光的折射現(xiàn)象【做一做】如甲圖所示，是讓一束光從空氣斜射入水中的情景。在水中滴幾滴牛奶來顯示光路。情景描述：這束光在分界面上分成兩部分，一部分光被界面反射回空氣，還有一部分光射入水中，并且發(fā)生了偏折。甲乙（2）光的折射概念光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時，傳播方向會發(fā)生偏折，這種現(xiàn)象叫作光的折射。一般情況下，一種介質(zhì)為空氣，另一種介質(zhì)為水或玻璃。注意要斜射入。（3）描述折射現(xiàn)象的幾個概念（如上圖乙所示）①入射光線：照射到兩種介質(zhì)分界面的光線AO；②折射光線：進(jìn)入另一種介質(zhì)的光線OB；③法線：過入射點(diǎn)且垂直于兩介質(zhì)分界面的直線NN′；④入射角：入射光線與法線的夾角α；⑤折射角：折射光線與法線的夾角β。（4）理解光的折射現(xiàn)象①當(dāng)光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)中時，在兩種介質(zhì)的分界面上，光線的傳播方向一般要發(fā)生改變。其中一部分光線發(fā)生反射，同時還有一部分光線進(jìn)人另一種介質(zhì)中而發(fā)生折射。②發(fā)生光的折射時，因?yàn)楣馐窃趦煞N介質(zhì)中傳播的，所以傳播的速度是不相同的。③當(dāng)同種介質(zhì)不均勻時，光的傳播方向也會發(fā)生改變，即會發(fā)生折射?！鞠胍幌搿抗夥瓷鋾r遵循光的反射定律，那么，光在折射時有什么規(guī)律呢？2.探究光折射時的特點(diǎn)【提出問題】清澈見底、看起來不過齊腰深的池水，不會游泳的人千萬不要貿(mào)然下去，因?yàn)樗膶?shí)際深度會超過你看到的深度。這是因?yàn)楣鈴乃鄙淙肟諝庵邪l(fā)生折射的緣故。那么當(dāng)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)中時，光的傳播方向如何偏折？折射光線、入射光線的位置有什么關(guān)系？折射角跟入射角大小是什么關(guān)系?【猜想與假設(shè)】請跟小組同學(xué)討論，說說你們的猜想。你的猜想是：①當(dāng)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)中時，可能會向法線偏折（或遠(yuǎn)離法線）。②折射光線、入射光線位于法線兩側(cè)（同側(cè)）。③折射角可能等于（或大于/小于）入射角?！緦?shí)驗(yàn)器材】激光筆、半圓形玻璃磚、圓形刻度光盤（標(biāo)有角度）。【設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】①如圖甲所示，讓一束光從空氣以不同的角度射入玻璃磚中，觀察光束在空氣和玻璃磚中的徑跡，并比較折射角和入射角的大小，將數(shù)據(jù)記入表格中。②如圖乙所示，讓激光筆發(fā)出的一束光從玻璃斜射入空氣中，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。③如圖丙所示，讓激光筆發(fā)出的一束光從空氣垂直射入玻璃中（或從玻璃垂直射到空氣中），觀察光的傳播路線。甲乙丙④如圖所示，讓光從空氣斜射入半圓形玻璃磚，同時逆著折射光射入另一束光，觀察兩束光在空氣中的傳播途徑?！臼占C據(jù)】實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格：實(shí)驗(yàn)次數(shù)介質(zhì)入射角折射角1光從空氣斜射入玻璃2光從空氣斜射入玻璃3光從空氣斜射入玻璃4光從空氣垂直入玻璃【分析論證】①當(dāng)光從空氣斜射入玻璃中時，折射光線向法線偏折，折射角小于入射角。當(dāng)入射角增大時，折射角也增大；當(dāng)入射角減小時，折射角也減小。②當(dāng)光從空氣垂直射入玻璃中時，傳播方向不變。③光從玻璃斜射入空氣中時，可以看到，進(jìn)入空氣中的折射光線就逆著原來入射光線的方向射出，就是說，在折射中光路也是可逆的，這時的折射角大于入射角。綜合以上分析，歸納出實(shí)驗(yàn)結(jié)論?！緦?shí)驗(yàn)結(jié)論】光從空氣斜射入水中或其他介質(zhì)中時，折射光線向法線偏折，折射角小于入射角。當(dāng)入射角增大時，折射角也增大；當(dāng)入射角減小時，折射角也減小。當(dāng)光從空氣垂直射入水中或其他介質(zhì)中時，傳播方向不變。在折射現(xiàn)象中，光路可逆?！纠}1】一束光沿AO方向從空氣斜射入水中，請?jiān)趫D中畫出折射光線的大致方向。【答案】見右圖?！窘馕觥窟^入射點(diǎn)O作垂直于界面的法線，根據(jù)折射角小于入射角即可畫出折射光線，靠攏法線?！纠}2】如圖，一束光線從水中斜射到水面，請?jiān)趫D中畫出此光線的反射光線和大致的折射光線?！敬鸢浮恳娪覉D?！窘馕觥糠瓷涔饩€和入射光線位于法線兩側(cè)，反射角等于入射角，據(jù)此在水中作出反射光線；光從水中斜射入空氣中時，折射光線和入射光線位于法線兩側(cè)，折射角大于入射角，據(jù)此在空氣中作出折射光線，如圖所示?！纠}3】如圖是某同學(xué)利用光具盤探究光從空氣斜射入玻璃中時的光路，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)并記錄了如下數(shù)據(jù)。（1）實(shí)驗(yàn)中，光具盤除了能讀出入射角和折射角大小外，還具有________的作用；（2）分析表格中的數(shù)據(jù)，你能得出的結(jié)論（寫出一條即可）：______；（3）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)還可以判斷：當(dāng)光以35°的入射角從空氣射入玻璃中時，其折射角______30°（選填“大于”、“小于”或“等于”）；（4）當(dāng)光以30°的入射角從玻璃射入空氣中時，其折射角是______。入射角10°30°45°60°折射角7.1°20.7°30°37.8°【答案】（1）顯示光路；（2）光從空氣斜射入玻璃中時，折射角小于入射角；（3）小于；（4）45°。【解析】（1）利用光具盤探究光從空氣斜射入玻璃中時的光路實(shí)驗(yàn)中，光具盤除了能讀出入射角和折射角大小外，還具有顯示光路的作用。（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，光從空氣斜射入玻璃中，折射角總小于入射角，故能得出結(jié)論：光從空氣斜射入玻璃中時，折射角小于入射角。（3）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)可知，當(dāng)光線以45°的入射角從空氣射向玻璃時，其折射角是30°；當(dāng)入射角為35°時，入射角變小，折射角隨之變小，所以折射角會小于30°。（4）當(dāng)光線以45°的入射角從空氣射向玻璃時，折射角是30°。根據(jù)光路的可逆，當(dāng)光以30°的入射角從玻璃射入空氣中時，其折射角是45°。探究二、生活中的折射現(xiàn)象1.池底變淺【想一想】池底為什么看起來比實(shí)際淺呢？【分析】池底實(shí)際點(diǎn)A發(fā)出（反射）的光從水斜射向空氣時發(fā)生折射，折射角大于入射角。人眼逆著折射光的方向看去，感覺光就好像由A′射出去的一樣。A′就是我們看到的S的像，這點(diǎn)的位置比實(shí)際位置升高了，所以整個池底變淺。池底變淺原理神奇的“硬幣”分析2.神奇的“硬幣”（解釋課堂引入時的小視頻）【想一想】如圖所示，起初茶碗看起來是空的，但當(dāng)你慢慢往茶碗中倒水時，就會發(fā)現(xiàn)碗中原來還藏著一枚硬幣。這是為什么？【分析】加水后，硬幣的光從水中斜射入空氣時，折射光線偏離法線，折射光進(jìn)入了眼睛，眼睛看到的實(shí)際上是升高了的硬幣的虛像。3.魚在哪里？【想一想】有經(jīng)驗(yàn)的漁民在叉魚時，要向看到的魚的下方投叉才能叉到魚。為什么？【分析】魚從水中發(fā)出的光線，由水進(jìn)入空氣時發(fā)生折射，折射角大于入射角，折射光線進(jìn)入人眼，人眼逆著折射光線的方向看，覺得光線好像是從它們的反向延長線的交點(diǎn)，即魚像發(fā)出來的，像比魚位置高。所以，有經(jīng)驗(yàn)的漁民在叉魚時，要向看到的魚的下方投叉才能叉到魚。4.從水中看岸上物體游泳運(yùn)動員在水中看岸上的物體時會怎樣呢？如圖所示，空氣中的發(fā)光點(diǎn)M發(fā)出的光從空氣斜射向入水時發(fā)生折射，折射角小于入射角。人眼在水中逆著折射光的方向看去，感覺光就好像由M′射出去的一樣。M′就是人眼看到的M的虛像，這點(diǎn)的位置比實(shí)際位置升高了。5.“海市蜃樓”【想一想】你見過海市蜃樓嗎？海市蜃樓是怎樣產(chǎn)生的嗎？【分析】海市蜃樓的產(chǎn)生原因：光在均勻的介質(zhì)中沿直線傳播，如果介質(zhì)疏密不均，光就不會沿直線傳播而會發(fā)生折射。海市蜃樓是一種由光的折射產(chǎn)生的現(xiàn)象，多發(fā)于夏天的海面或沙漠。遠(yuǎn)處物體發(fā)出的光本來到達(dá)不了我們的眼睛，但是在射向空氣的過程中，由于海面或沙漠附近的空氣疏密不均勻，而發(fā)生折射，逐漸向地面彎曲，進(jìn)入觀察者的眼睛。觀察者逆著光線看去，就看見了遠(yuǎn)處的“物體”形成美麗的海市蜃樓現(xiàn)象。6.區(qū)別光的反射與折射現(xiàn)象光的反射光的折射水中倒影水中筷子折了池水映明月潭清疑水淺平面鏡成像海市蜃樓汽車后視鏡繁星閃爍潛望鏡大漠孤煙直，長河落日圓【例題4】如圖是“池水清淺，擅入會溺”的班會主題，告誡學(xué)生不要擅自下水游泳。請?jiān)趫D中畫出人眼看到池底A的大致光路圖（A′是人眼看到的池底A的像）。【答案】見右圖.【解析】人眼看物體以為光是沿直線傳播的，連接BA′，得到折射光線，BA′與水面的交點(diǎn)O為入射點(diǎn)，連接AO得到入射光線，如圖所示.【例題5】如圖是小華與父母到海邊洗海水澡的情形。小華驚奇的發(fā)現(xiàn)，爸媽的腿在水中看起來變短了，能解釋這種現(xiàn)象的光路圖是（）【答案】C?！窘馕觥咳丝吹酵仍谒小白兌獭笔怯捎谒型确瓷涞墓饩€由水中斜射進(jìn)入空氣時，在水面處發(fā)生折射，折射角大于入射角，折射光線進(jìn)入人眼，人眼會逆著折射光線的方向看去，看到的是變淺的虛像，就會覺得腿在水中“變短”了，故ABD不符合題意，C符合題意。故選C?！練w納整理】【精講點(diǎn)撥】1．“池底變淺”、“神奇的硬幣”、叉魚等現(xiàn)象，實(shí)質(zhì)都是同一原理，即光從水斜射入空氣中時，折射光線遠(yuǎn)離法線，人眼逆著折射光線會看到一個升高的虛像，教師可以畫出光路圖進(jìn)行解析。2．探究光的折射規(guī)律時，應(yīng)該至少改變3次入射光線的方向，每次都記錄入射光線和相應(yīng)的折射光線方向改變的情況。3．確定虛像的位置時，要畫出兩條以上折射光線的反向延長線的交點(diǎn)（虛像的位置），一條延長線無法確定位置。4發(fā)生光的折射時，人們看到的像是虛像，實(shí)際物體看不到?！菊n堂練習(xí)】1.下列光現(xiàn)象中，由于光的折射形成的是（）A．手影 B．筷子錯位C．水中倒影 D．小孔成像【答案】B【詳解】A．由于光的直線傳播，被物體擋住后，在物體后面就會呈現(xiàn)陰影區(qū)域，這就是影子，因此手影的形成說明光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播的，故A不符合題意；B．筷子在裝有水的杯中發(fā)生錯位，這是光從水中斜射入空氣發(fā)生的折射現(xiàn)象，故B符合題意；C．拱橋在水面的倒影，屬于平面鏡成像，是光的反射現(xiàn)象，故C不符合題意；D．小孔成像是由光的直線傳播形成的，故D不符合題意。故選B。2．小華用所學(xué)物理知識給同學(xué)們講解防溺水常識，勸告同學(xué)們不要私自下水游泳，因?yàn)榭雌饋砗軠\的水池實(shí)際會很深。圖中A是水池底的一點(diǎn)，B為人眼看到的該點(diǎn)的位置，請幫洛洛畫出造成此現(xiàn)象的光路圖?！敬鸢浮恳娪覉D。【詳解】池底反射的光線從水中斜射向空氣時，在水面處發(fā)生折射，折射角大于入射角，折射光線進(jìn)入人眼，人眼會逆著折射光線的方向看去，看到是池底變淺了的虛像；連接眼睛和B點(diǎn)與水面的交點(diǎn)即為折射點(diǎn)，連接折射點(diǎn)和A點(diǎn)即為入射光線，連接折射點(diǎn)和眼睛即為折射光線，如圖所示。3.【答案】③，空氣?！窘馕觥扛鶕?jù)光的折射定律的內(nèi)容可知：入射光線、法線、折射光線在同一平面內(nèi)，折射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè)，當(dāng)光線從空氣射入玻璃時，折射角小于入射角；當(dāng)光線從玻璃斜射入空氣時，折射角大于入射角。由圖可知，②和③是同一束光線，界面上方為空氣。4．詩句“大漠孤煙直，長河落日圓”給我們展現(xiàn)了一幅美麗的畫卷。其實(shí)詩人觀察到的落日并非太陽的實(shí)際位置（如圖所示），而是太陽光經(jīng)過不均勻的大氣層發(fā)生了_____所成的_____（選填“實(shí)”或“虛”）像，太陽實(shí)際在圖中_____（選填“甲”或“乙”）位置?！敬鸢浮空凵?，虛，乙?！窘馕觥坑捎诖髿鈱游恢迷礁呖諝庠较”?，太陽落山時，太陽發(fā)出的光線進(jìn)入大氣層時發(fā)生折射，折射角大于入射角，當(dāng)折射光線進(jìn)入人的眼睛時，逆著折射光線的方向能夠看到太陽的虛像，像的位置比實(shí)際位置要高，此時，太陽的實(shí)際位置在圖中的乙位置。5．有一圓柱形敞口容器，從其左側(cè)某上高度斜射入一束激光，在容器底部產(chǎn)生一個光斑O，如圖所示。下列操作將使光斑向左移動的是（）A．保持水面的高度和入射點(diǎn)不變，使激光的入射角增大B．保持激光射入的角度不變，使水面上升C．保持水面的高度不變，使激光筆向右平移D．保持激光射入的角度不變，使水面下降【答案】B.【詳解】A．保持水面高度和入射點(diǎn)不變，使激光的入射角增大，激光束遠(yuǎn)離法線，折射角隨之變大，光斑會向右移動，故A不符題意；BD．保持激光射入的角度不變，使水面上升，如圖所示，入射點(diǎn)向左移動，則光斑向左移動；同理使水面下降，入射點(diǎn)向右移動，則光斑向右移動，故B符合題意，D不符合