1、光的折射 折射率教案 一、教学目标 1知识与技能: 掌握光的折射定律和介质的折射率； 能用光的折射定律解释生活中的一些光现象； 了解介质的折射率和光速的关系，并能用于计算。 2过程与方法: 通过演示和探究实验,培养学生观察现象、分析问题和归纳物理规律的能 力。 鼓励学生动手对实验数据进行测量记录，分析探究，培养学生的动手能 力及养成通过实验研究问题的习惯 。 引导学生运用计算机来进行数据处理，培养学生运用信息技术来为自己 的学习、工作服务的能力，以此来提高效率。 3情感、态度和价值观: 手脑结合，锻炼学生的实验技能，在积极创造的同时增强与他人交流和 合作的精神，敢于提出自己的见解，修正自己的错
2、误。 培养学生实事求是的科学态度和严谨认真的科学精神，使学生形成科学 的世界观。 二、教学重点和难点 重点：光的折射定律、折射率。 难点：折射定律和折射率的应用。 三、教具与学具 透明杯子，水，铅笔，厚玻璃，激光笔、半圆形玻璃砖、角度表盘、光具盘、 铁架台、多媒体课件。 四、教学程序设计 1.新课引入 (1)创设情境，演示以下两个实验： 在一个装有适量水的透明杯子中斜插入一支铅笔，让学生观察铅笔发生 了什么变化。 透过厚玻璃看铅笔，观察铅笔又发生了什么样的变化。 图 1 图 2 (2)介绍以下几个基本概念： 折射、入射光线、入射点、折射光线、法线、入射角、折射角 (3)回顾光的折射规律： 三线
3、共面； 法线居中； 入射角大于折射角。 启发引导：折射规律只是定性地给出了两个角的大小关系，那么入射角与 折射角之间究竟有一种怎样的定量关系呢？ 2.实验探究 (1)准备阶段 在实验之前先让学生以同桌二人为一小组合作展开讨论：如何分段选取 入射角？然后挑选几个小组代表进行汇报，确定较为合理的入射角改变方法。 演示特殊情况：当入射光线垂直射入半圆玻璃砖时，光路是怎样的。学 生观察实验结果，得出结论：光从一种介质垂直射入另一种介质时，传播方向 不改变。 (2)动手实验 将玻璃砖固定在角度表盘的合适位置，用激光束照射玻璃的半圆形表面， 保证入射点与玻璃圆心重合。请学生按如下步骤上台操作:不断改变入射
4、角的度 数，观察、读出并且记录折射角度数。引导学生打开 Microsoft Excel 文档将数 据输入到 excel 表格中。如图所示 图 3 做在光的折射现象中光路可逆的演示实验，进一步拓展学生对折射现象 的认识。 (3)数据处理 引导学生运用 excel 的图表制作功能，通过描点、连线作出散点图。如图 所示： 图 4 (4)分析探究 学生观察图像对入射角与折射角的关系可能会作出如下猜想： 学生猜想：随着入射角的增大，折射角不断增大。 教师进一步提问：折射角和入射角之间有没有定量的关系呢?如果有那它们 存在着怎样的数学关系呢? 学生猜想：呈线性的关系(两角相比)。 进行验证：利用 exce
5、l 的公式进行计算 的值，处理数据后得出结论(角21 度较小时比值相近)，如图 6 所示： 图 5 鼓励学生继续分析是否还满足其他的函数关系。 学生猜想：指数函数、对数函数等等很多情况。 进行验证：学生观察所作的图像，引导学生回忆是否符合我们曾经学过的 某种函数的图像。学生观察后发现不符合，经过师生共同讨论得出，这些猜想 也是错误的。 我然后给出提示：随着时代的发展人们开始关注这两个角的三角函数关系, 我们曾经学过哪些三角函数？ 学生猜想：正弦函数、余弦函数、正切函数、余切函数。 进行验证：把全班同学分成四组，按照上述方法，每一个小组研究上面四 种情况中的一种。小组成员分工合作，学生在 exc
6、el 中使用公式计算出折射角 与入射角的三角函数值，并用图表继续验证。 让学生观察图像与分析数据后进行交流讨论，总结归纳自己小组所得到的 实验结论。如下表： 表 1 分组 研究的量 画图 结论 一组 纵轴 1sin 横轴 2 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 与1sin2i 成线性关系 二组 纵轴 1cos 横轴 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1cos与 2 不成函数关系 三组 纵轴 1tan 横轴 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 1 2 3 4 5
7、6 与1tan2t 不成函数关系 四组 纵轴 1cot 横轴 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 与1cot2t 不成函数关系 实验结论：入射角的正弦与折射角的正弦成正比 3.新课讲解 (1)光的折射定律 折射光线跟入射光线和法线在同一平面内； 折射光线和入射光线分别位于法线两侧； 入射角的正弦跟折射角的正弦成正比，如果用 n 来表示这个常数，就有：n21si 介绍探索历史： 公元 2 世纪，古希腊天文学家托勒密通过实验得到：入射角与折射角成正 比。 1611 年，开普勒认为：托勒密的结论只有在入射角小于 30 度时才成立。 折射角应该是由两部分组成的，一部
8、分正比于入射角， 另一部分正比于入射角的正割。 1621 年，斯涅耳从实验中得出了折射定律，未做任 何理论的推导，虽然正确，却从未正式公布过。 1637 年，笛卡儿首次把折射定律表述为今天这种形 式。 斯涅尔 对折射定律做两点说明： 根据光的折射定律，n 是当光从一种介质射入另一种介质时，入射角的 正弦跟折射角的正弦之比，只是一个常数，没有任何单位。 n 虽然为一常数，但是对不同的介质来说，这个常数 n 是不同的。 （举 例：光从空气射入水中时，这个常数约为 1.33；光从空气射入玻璃时，这个常 数约为 1.50） ，可见它跟介质有关系，是一个反映介质的光学性质的物理量，常 数 n 越大，光线
9、偏折的越厉害。 （2）折射率 定义：我们把光从真空射入某种介质发生折射时，入射角 1 的正弦与 折射角 2 的正弦之比 n，叫做这种介质的折射率。 光在真空中的传播速度与在空气中的传播速度相差很小，通常可以认为： 光从空气射入某种介质时，入射角与折射角的正弦之比就是这种介质的折射率。 列出几种介质的折射率进行比较和讨论： 表 2 几种介质的折射率 金刚石 2.42 岩盐 1.55 二硫化碳 1.63 酒精 1.36 玻璃 1.51.9 水 1.33 水晶 1.55 空气 1.00028 某种介质的折射率与光速的关系：某种介质的折射率 n 等于光在真空中 的传播速度 c 跟光在这种介质中的传播速
10、度 v 成正比即： vc 说明： 光在真空中的传播速度最大，所以 1，即 n1，也就是说，任何介vc 质的折射率都大于 1。 根据折射定律内容 ，因为 n1，所以 ，又由于正21sin1si2i 弦函数在 到 范围内是增函数，因此 ，即光从真空射入任何介质时，0912 都有入射角大于折射角。 4.学以致用 【例 1】如图 4 所示，一储油桶，底面直径与高均为 。当桶内无油时，从某点d 恰能看到桶底边缘上的某点 。当桶内油的深度等于桶高一半时，由点 沿 方ABAB 向看去，看到桶底上的点 ，两点 、 相聚 。求油的折射率和光在油中传播C4 的速度。 图4 分析 如图 5，过直线 与油面的交点 做
11、油面的垂线，交桶底于 点，ABOD 此题是说光线 遇油面后沿 方向折射入空气中，而折射现象中光路是可逆CO 的，如果光线沿 方向由空气射到油面上，光线将沿 折射入油中,以C 作为入射角 ，以 作为折射角 ，由折射定律 就可以AF1D2n21si 求出油的折射率 nBCDEGOA 图 5 解：如图 5 所示，因底面直径与桶高相等，由此可知 = = ;由 =2 可知 的正弦AOFG4OCDO = = Csin251 油的折射率： 2105sinODAF 光在油中的传播速度： 88109.2103smncvs B C A 【例 2】请同学们运用所学过的知识来想一下这样一个问题：渔夫在用鱼 叉插鱼的时
12、候是瞄准所看到的鱼插的吗？画出渔夫所看到的鱼的位置。（出示 图片） 图 6 图 7 5.课堂小结 引导学生回忆本节课所学的知识和探究过程中所采用的方法。并且留下悬 念：我们所研究的都是光线由空气进入其它介质发生折射时的情况，那么如果 光线由其它介质进入空气发生折射时，现象又是怎样的呢？ 6.布置作业 (1)教材课后练习第 1 题、第 3 题； (2)阅读后面的小知识相对折射率与绝对折射率。 五、板书设计 一、光的折射： 1.几个基本概念： 2.折射规律： 三线共面； 法线居中 光的折射 折射率 入射角大于折射角 二、实验探究 1 数据记录： 2.分析探究： 3.试验结论： 4.折射定律： 5.说明 三、折射率 1.定义： 2.折射率与光速的关系： vcn 3.说明： 四、例题 n21si
