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1、第一节 光的折射 折射率浙江省磐安中学 洪晓标教学设计意图学生在初中已经初步学过光的反射和折射，但没有深入学习过光的折射所遵循的定量关系。学生已具备一定的实验操作技能，对物理学的研究方法已有一定的了解，在自主学习、合作探究等方面的能力有了一定提高。对于本节课的教学中学生可能会出现的思维障碍与困惑是：1.折射定律的规律是如何通过实验数据得到的，也就是折射定律中为什么会出现正弦函数。2.因为已学基础的原因，对于这条公式的给出也显得较为突兀，学生接受起来有些牵强。重点设计在折射定律的探究；观察现象-定性分析-合理猜想-实验探究-得出结论-提出新的问题-得出折射率概念。教材分析本节主要讲光的折射定律和
2、折射率的测定。初中学习的折射的知识程度是很粗浅的，到这里要进一步深化。折射率是一个全新的知识点，它对于理解全反射非常重要。因此，本节知识需要重点讲解的有两处，一是折射定律的应用，二是折射率的测量。难点是折射定律探究。在教科书的结构上，先介绍折射和折射率，再引入实验和例题，体现从基本知识到实际应用的过程。学情分析折射现象在初中是作为实验的结论提出来的，且只是定性介绍，但在高中有所提升。对于光路可逆原理对正确理解光的折射定律有着不可忽视的作用，初学者容易认为只要发生光的折射，则其折射角一定小于入射角。学生容易错误地把折射率的概念和物体的密度联系起来，可以引导学生分析教科书。教学目标一、知识与技能1
3、.知道反射定律的确切含义，知道反射现象中光路是可逆的，并能用来解释有关现象。2.理解折射定律的确切含义，并能用来解释有关的光现象和计算有关的问题。3.知道折射光路是可逆的，并能用来处理有关的问题。4. 知道折射率的定义及其与光速的关系，并能用来进行有关的计算。二、过程与方法1.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。三、情感态度与价值观1.体会历史上科学家对折射规律总结的思考和方法。2.渗透物理研究和学习的科学态度教育。教学重点光的折射定
4、律和折射率概念.教学难点光的折射定律的得出教学难点本节课成功的关键在于做好实验。通过实验先定性观察再定量测量，引导学生对测量数据进行分析、归纳。再来领略前人所做的思考从而领会数据分析的几种常用方法比值法、乘积法、加减法、图象法等，为学生今后对实验数据的处理打开思路。最后通过例题练习巩固所学内容。教学过程一、 引入新课美丽的风景到了晚上会变成怎样？再到白天，是谁让我们的世界如此美丽？是光。光对我们重要吗？光带给我们温暖，同时带给我们希望和力量。给点阳光我们就会灿烂！今天就让我们一起走进光的世界！本章，我们将一起学习光学的一个分支几何光学，几何光学主要利用几何学的概念和方法研究光的传播规律。生活中
5、，光通常如何传播的？演示观察激光笔黑暗中传播轨迹。 光的传播初中还学过哪些内容？学生：反射？折射？学生实验：观察装水的玻璃杯中的铅笔变胖？错位？光的反射有吗？折射有吗？学完今天的内容，我们就可以很好解释为什么了。二、 新课教学回忆复习反射现象和折射现象、反射光（返回原来的介质的光）和折射光（进入另一种介质的光）光的反射有规律吗？（一）光的反射现象和反射定律1.学生回忆光的反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角。即三线共面、法线居中、两角相等。2.若沿着反射光的方向入射光线呢？在反射现象中，光路是可逆的。法线平面光的折射现象中有规
6、律吗？（二）光的折射定律观察回忆：1 回忆光的折射现象：引导学生在光具盘上找出分界面、法线、入射光线、折射光线、入射角和折射角。先定性观察光从空气斜射入玻璃中时折射角与入射角的关系，改变入射角的大小，观察折射角的变化，定性分析入射角与折射角的大小关系。折射光线、入射光线、法线在同一平面内(三线共面)；折射光线和入射光线分居法线两侧(法线居中)。两角(入射角和折射角)有什么关系呢？2重做光的折射演示实验，定性演示折射角和入射角的关系：入射角增大，折射角增大；入射角减小，折射角减小。3折射角和入射角之间到底有什么定量关系呢？ （1） 师生共同利用半圆形玻璃砖进行实验，记录数据。请设计一个表格记录实
7、验数据。 入射角折射角1/2106.72013.33019.64025.25030.76035.17038.68040.6猜测入射角和折射角的函数关系，可能是1 /2成正比，也可能是sin1 /sin2或tan1/tan2成正比实验并记录数据、数据处理（利用Excel表格处理数据）： 在实验的基础上，师生共同讨论，寻找处理方法，同时介绍历史总结出结论：对玻璃：=常量（记做n12）（2）其它介质也有这样的关系吗？以水为例进行实验，记录数据，分析计算。4简单介绍人们对光的折射的认识过程。这个问题，在很长的时间里一直使人们感到困惑。公元140年，希腊天文学家托勒密得出实验结果后，只是从数据的表面简单
8、寻找比例关系，因此只能得出：折射角与入射角成正比（事实上，只在小角度情况下成立）。1611年开普勒对折射现象和透镜的原理作了广泛的研究，写成了折光学，正确地指出：只在小角度情况下，入射角与折射角成正比。但是他未能得出更一般的、内在的规律。最终在1621年，由荷兰数学家斯涅耳采用了与开普勒基本相同的实验方法。找到了入射角和折射角之间的关系。由此我们可以看到：一个物理定律的得出往往经历一个漫长、曲折的过程，需要坚韧的创新精神，做前人没有做过的事。在前辈先哲的探索过程中一定有许多“尝试失败再尝试”的过程。这就是发现过程，其中充满着创新思维的火花。5光的折射定律：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内
9、，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比， 即，式中n12是比例常数。（三）折射率光从第1种介质射入第2种介质时，入射角的正弦与折射角的正弦之比n12是个常数，它与入射角、折射角的大小无关，只与两种介质的性质有关。在实际应用中，遇到最多的情形是光从空气射入某种介质，或从某种介质射入空气，而空气对光的传播的影响很小，可以作为真空处理。因此，以后我们只讨论光从真空射入介质的情形。这时，常数n12可以简单记为n。对于不同的介质来说，常数n是不同的。 对比演示实验：演示一组光从空气射入水中的实验，得出水的这个常数与前面获得的玻璃的n是不同的。向学生展示不同介质的这个比例
10、常数介质金刚石二氧化碳玻璃水晶岩盐酒精水空气Sin1/sin22.421.631.5-1.81.551.551.361.331.00028通过数据对比，学生可以得到比例常数n与介质有光。教师总结：光从一种介质射入另一种介质时，虽然入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数n，但是对不同的介质来说，这个常数n是不同的。这个常数n跟介质有关系，是一个反映介质的光学性质的物理量，我们把它叫做介质的折射率。折射率：把光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率,简称折射率。学生猜测为什么光进入不同的介质，折射率就不一样呢？引导：光在不同介质中的速度不同，这正是发
11、生折射的原因。介质的折射率n与光在其中传播速度有关，。可见，1，且没有单位。教师提醒学生注意以下几点：是比例常数，它是反映介质的光学性质的物理量。对于同一介质无论1、2怎么变化, 是不变的。对于不同介质的值是不同的。并不是所有入射角的正弦与折射角的正弦之比都大于1。演示实验：观察激光从空气射入玻璃砖的光路及由玻璃砖射向空气的光路，并使后者的入射角与前者的折射角相等。学生通过观察总结出：a.在光的折射现象里，光路是可逆的。b.让他们利用这种性质论证“当光由介质射入空气时sin1是否与sin2成正比及比例常数是多少”。思考： 为什么又说1 真空本身的折射率等于1,通常认为空气的折射率也为1。（四）
12、光的折射的应用1.例题：如图一个储油桶的底面直径与高均为d。当桶内没有油时，从某点恰能看到桶底边缘的某点。当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿方向看去，恰好看到桶低上的点C，、两点相距d/4。求油的折射率和光在油中传播的速度。（设计意图：对折射定律进行应用，并且呼应前面的“学生实验”。）2.引申到为什么人在水上看到物体的像，比实际物体位置偏上，感觉水比较浅？渔夫叉鱼时应该朝哪个位置叉鱼？等等潭清疑水浅，入水需谨慎3.生活现象：若从水中观察水面的物体，播放射水鱼的视频。三、 课后作业1.完成课后习题。2.若光从水中射向水面，不断增大入射角，反射角将如何变化？板书设计教学反思：本节课应该算是一堂高
13、质量的优质课。本节课优点如下：优点1 新课的引入由学生分组实验观察插入水中铅笔水中部分向上弯折和筷子竖直插入水中错位现象，创设问题情景激发了学生的积极性和求知欲，并且很自然引入新课优点2本节课贯彻了“教师主导，学生主体”这一教学思想。采用了讲授启发和诱导学生思维的方法，把“扶”与“放”有机地结合起来。教师和学生之间从原有的“权威服从”关系转变成了“引导自主发现合作探究”的关系。学生通过这种自主探究发现知识的过程，获得了一种成功的体验和自我价值感的实现。实践证明，培养学生主动参与、乐于探究、勤于动手、交互合作的学习方式，能收到满意的效果。优点3实验和媒体相结合实验效果明显，易观察教师自制实验教学
14、装置，不但可以改变入射光线的夹角，还可以转动圆盘来改变半圆玻璃入射光线的入射角，通过高清摄像头把实验现象完全展现在学生面前，便于观察读数，获取实验数据。优点4学生在实验中发现问题，引发思考，通过实验探究规律。让学生在实践中体会到物理学习的实验特色，从而受到科学态度和科学精神的熏陶。通过计算机来探究处理实验数据，节省时间，效果明显。发展学生的科学探究能力、形成尊重事实、探索真理的科学态度。让学生经历基本的科学探究过程，是培养学生科学态度的一个良好时机。优点5 教师随机应变处理课堂处理强。如实验数据误差较大时，再次做实验再来分析处理；如光路可逆性原理直接通过实验来展现给学生，增强学生信服力。其次是很多不足和需要改进的地方：1、对光的折射规律的探究，由于器材有限没能做到分组实验，学生参与动手不够。2、对光的折射规律的的应用，画图说明学生理解的不好，上课时一定要强调人能看见物体是有光进入眼睛，并且让学生分辨出光由什么介质进入什么介质。3 学生全堂课都有参与，但学生整节课几乎都没有拿笔画光路图，没有体现学生主体作用，几乎还是教师在演戏学生在看戏。由于时间仓促，还有很多需要完善的地方，敬请各位专家指正批评。
