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1、4.1 光的折射定律教学目标：1. 知识与技能（1）了解介质的折射率与光速的关系；（2）掌握光的折射定律（3）掌握介质的折射率的概念（4）会用折射定律解释简单的现象2. 过程与方法：通过观察演示实验，使学生了解到光在两种介质界面上发生的现象（反射和折射），观察反射光线、折射光 线随入射角的变化而变化，培养学生的观察、概括能力，通过相关物理量变化规律的学习，培养学生分析、 推理能力3. 情感态度价值观： 渗透物理研究和学习的科学态度的教育实验的客观性与人的观察的主观性的矛盾应如何解决，人的直接 观察与用仪器探测是有差别的，我们应用科学的态度看待用仪器探测的结果.教学重点：光的折射定律、折射率折射
2、率是反映介质光学性质的物理量，由介质来决定教学难点： 光的折射定律和折射率的应用通过问题的分析解决加深对折射率概念的理解，学会解决问题的方法 教学器材:光的折射激光演示器教法学法：问题导学/实验演示讨论探究/讲授教学过程设计：教学内容一、引入：生活中光的折射现象折射现象:光从一种介质斜射入到另一介质时传 播方向发生改变的现象。【问题1】生活中有哪些现象是光的折射现象？ 生活中的折射现象： 现象一：筷子弯折【问题2】筷子是真的折断了吗？现象二：硬币“浮”起来了（实验）【问题3】硬币是真的浮起来了吗？衔接：学完这节课，我们就能很好地利用光的折射原理，对这两个现象进行解释。教师语言、活动板书：4.1
3、光的折射定律初中我们学过，当光从一种介质斜射入到另一介 质时传播方向发生改变，这种现象叫做光的折射。生活中有哪些现象是光的折射现象？比如，在碗里斜放一根筷子，当加入水后，会看 到筷子发生了向上弯折。筷子是真的折断了吗？不是，这只是一种光的折射现象。再比如我们做个实验，在杯子里放入两个硬币， 将杯子移动到眼睛刚好看不到硬币的地方，往杯子 里加水，会发现硬币“浮”起来了。硬币是真的浮起来了吗？不是，硬币密度比水大得多并不会真的浮起来， 这也只是一种光的折射现象。学完这节课，我们就能很好地利用光的折射原理，对这两个现象进行解释。在正式进入新课之前我们先来做一个实验。我让一束绿色激光从空气斜射入水中。
4、（实验）但是现在存在一个问题，只能看到水中的光路，而几乎看不到空气中的光路。要怎么做才能看到空气中的光路？实验仪器介绍：加湿器产生水雾，产生丁达尔效 应用来显示空气中的光路。【问题4】当光束由空气斜射向水面时，入射光束在 分界面上将发生那些光现象？发生反射与折射。【问题5】为什么反射光线、折射光线看起来都比入 射光线暗？（提示：从能量守恒角度思考）能量守恒。入射光线的总能量分成两份，一份给反射光，一份 给折射光。三、光的反射衔接：以这个图为例来研究光的反射和折射。光的反射定律：（1）反射光线与入射光线、法线在同一平面（2）反射光线和入射光线分居法线两侧我可以通过加湿器产生水雾，产生丁达尔效应，
5、 用来显示空气中的光路。（这个时候再打开加湿器）大家注意观察，入射光束在分界面上将发生那些 光现象？当入射光线射到分界面时，被分成了两束：一束反射回空气形成反射光线。一束折射进水中形成折射光线。ppt上这幅图（左图）就是刚才看到的实验现象。比较一下，反射光线和折射光线与入射光线的光 强大小、明暗程度？亮度有何不同？反射光线、折射光线比入射光线暗。为什么反射光线、折射光线看起来都比入射光线暗？（提示：从能量守恒角度思考）（提问学生，个别提问）入射光线的总能量分成两份，一份给反射光，一 份给折射光。我们以这个图为例来研究光的反射和折射。在分析之前先做出两条线：空气与水的分界线， 垂直于分界线的法线
6、。（法线用虚线表示，记得标 出垂直符号）左上角这条光线是入射光线，右上角这条光线是 反射光线，以及所对应的入射角、反射角。从刚才 的演示实验以及这幅图，我们能很清楚地看出：（1）反射光线与入射光线、法线在同一平面（2）反射光线和入射光线分居法线两侧（3）反射角等于入射角（3）反射角等于入射角（4）光路可逆四、光的折射入射托麵 气空n%-*-1 -（1）折射光线、入射光线、法线在同一平面内（2）折射光线和入射光线分居法线两侧【问题6】仔细观察，入射角减小时，折射角是如何 变化的？入射角增大时。折射角又是如何变化的？（3）当入射角增大时，折射角也随着增大当入射角减小时，折射角也随着减小【问题7】当
7、光线沿法线入射折射光线有什么特点？光线沿法线入射，不会发生偏折。演示：光线从右侧以40角入射，反射光线将 从左侧以40角出射。光线从左侧以40角入 射，反射光线将从右侧以40。角出射。这说明光的反射光路是可逆的。衔接：再来看看进入水中的这条折射光线。从刚才的演示实验以及这幅图，我们能很清楚地 看出：（讲解这两条定律时展示左图的ppt）（1）折射光线、入射光线、法线在同一平面内（2）折射光线和入射光线分居法线两侧（翻到下一页ppt,展示第1、2点）衔接：以上是折射光线和入射光线的位置关系。 那么折射角和入射角有什么大小和变化关系？（继续来做实验）演示实验：仔细观察，入射角 减小时，折射角是如何变
8、化的？入射角增大时。折 射角又是如何变化的？同增同减。现在我让入射光线以一个特殊的角度入射，入射 角为0,也就是光线沿法线入射，仔细观察水中 光线有什么特点。（边说边实验）光线沿法线入射，不会发生偏折。补充：也就是说，光从一种介质进入另一种介质 时，不一定会发生偏折。只有光从一种介质斜射入 另一种介质时才会发生偏折。（翻到下一页ppt）如图，当光从空气斜射入水中时，折射角小于入射角（直接说，不用演示实验）（4）当光从空气斜射入水中时，折射角小于入射角反过来，让光从水斜射如空气，折射角与入射角有什么大小关系？演示实验：入射角在水中，折射角在空气中，折 射角大于入射角。（5）当光从水斜射入空气中时
9、，折射角大于入射角【问题8】从以上两个规律，你能不能总结出折射角 与入射角有什么样的大小关系？（提问）空气的角水中的角（角：光线与法线夹角）【问题9】光的折射是否有光路可逆？光路可逆。从以上两个规律，你能不能总结出折射角与入射 角有什么样的大小关系？（提示：可以将角度大小 结合介质来考虑）。（提问学生，个别提问。）空气的角水中的角。衔接：一开始我们讲到光的反射光路是可逆的， 光的折射是否也有光路可逆？有的同学说有，到底有没有，我们可以通过一个 实验来证明。演示实验（希沃投屏）：光从空气以50。入射， 在玻璃中的折射角为30 。反过来光从玻璃以 30入射，在玻璃中的折射角为50。当两束光线同时打
10、开时，光线完全重合。说明：光路可逆。五、光的折射定律一一实验探究【问题10】折射角与入射角有什么定量关系？（提示：定量关系：线性、正比、反比、平方、开方、正弦、余弦等等）【问题11】如何探究这定量关系？（提问）（提示：如何设计实验？需要测量什么数据？）（学生回答：利用折射演示仪，测出入射角和与之 对应的折射角，并改变入射角，测出多组入射角和折 射角）实验方法：不断改变入射角，测出对应的折射角。折肘角10203040506017080衔接：前面讨论的只是折射角与入射角的定性关 系，它们同增同减，空气中的角大于水中的角。它们之间有没有定量关系？什么是定量关系？线性、正比、反比、平方、开 方、正弦、
11、余弦等等。我们现在的主要工作就是探究出折射角与入射 角符合哪一种定量关系。如果让你来探究这个定量关系，你会设计一个什 么实验？测量什么数据？测量多少数据？（预留学生思考、设计时间一分钟）（提问学生，个别提问）衔接：根据这位同学的实验思路，我们设计这么一个实验，让激光从空气射入水 中，测出入射角与折射角，改变入射角度，使入射 角为10、20、30、40然后分别测出 所对应的折射角，最后找出它们之间的关系。1、数据米集。实验步骤：i/r1.3333331.3333331.3636361.379311.4285711.51.5555561.6666672、数据处理。猜想一：入射角与折射角成正比进行实
12、验：1、数据采集：（1）利用希沃手机投频，保证每个学生能看到 实验过程。（2）邀请一名学生上台记录实验数据。（3）改变入射角，测出对应折射角，总共测出8 组数据。衔接：从这两列数据，我们没法直接看出它们有 什么的关系，但是，我们可以先猜想，假设它们具 有某种定量关系，然后在进行验证。入射角折射角i/r10f #DIV/0!20#DIV/0!30#DIV/0!40# DIV/0!50#DIV/0!60#DIV/0!70#DIV/0!80#DIV/0!入射角折射角i/r107.51.33333320151.33333330221.36363640291.3793150351.42857160401
13、.570451.55555680481.666667猜想不成立。【问题12】入射角与折射角比值大小有什么规律？小角度的时候，入射角与折射角比值维持在1.33 左右，随着角度增大，比值逐渐增大。衔接：其实2000千年前，就有人在探究入射角与 折射角的关系。公元140年，希腊天文学家托勒密第一个用实 验方法测定入射角和折 射角，并得出折射角与入 射角成正比，这一简单正 比关系，在光学史上维持 了一千多年。【问题13】为什么托勒密的错误结论能够维持一千2、数据处理。猜想一：入射角与折射角成正比比如说，它们同增同减，那我们假设成正比。所以设计这么一个表格，第一列是入射角，第二 列是折射角，第三列是与之
14、对应的入射角根折射角 的比值，如果比值相等，则假设成立。很显然，入射角与折射角比值并不都相等， 所以猜想不成立。大家再仔细观察，这组比值有什么规律？很显然，小角度的时候，入射角与折射角比值维 持在1.33左右，随着角度增大，比值逐渐增大， 而且递增的很明显。衔接：其实两千年前，就有人在探究入射角与折 射角的关系。早在公元140年，希腊科学家托勒密第一个用实 验方法测定入射角和折射角，并得出折射角与入射 角成正比这么一个结论。我们知道这一结论是错的，但是却在光学史上维 持了一千多年。直到1611年开普勒才对这一结论 进行修正。现在我要问大家的是，我们刚才花了几分钟时间 通过一个简单的实验，就验证出托勒密给出的结论多年？因为受到当时的实验条件的限制，古时候没有激光 等强光源，当大角度入射时折射光线非常弱，没法进 行测量，所以只能测量小角度的入射。【问题14】讲到这里，大家有什么感悟或者体会？感悟：（1）科学的发展是曲折且艰辛的。一个正确 理论的得出，经历了一千多年的探索。（2）实验条件的进
