探究光的折射規(guī)律.doc

3.4 探究光的折射規(guī)律1教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能知道什么是光的折射現(xiàn)象。知道光的折射的初步規(guī)律，并能用該規(guī)律分析說(shuō)明生活中常見(jiàn)的折射現(xiàn)象。過(guò)程與方法經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究光的折射規(guī)律的過(guò)程，重點(diǎn)培養(yǎng)通過(guò)觀察和分析，從現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的能力。觀察生活中因光的折射而發(fā)生的現(xiàn)象。情感態(tài)度與價(jià)值觀在探究光的折射規(guī)律的過(guò)程中，激發(fā)學(xué)生的好奇心，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的樂(lè)趣。關(guān)注周?chē)钪械恼凵洮F(xiàn)象，樂(lè)于用學(xué)過(guò)的知識(shí)研究其中的原因。2教材說(shuō)明本節(jié)主要內(nèi)容有：認(rèn)識(shí)光的折射現(xiàn)象，探究光的折射規(guī)律，運(yùn)用光的折射規(guī)律分析生活中的折射現(xiàn)象。光的折射是學(xué)生學(xué)了光的反射后，接觸到的又一重要的光學(xué)現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在生活中普通存在，學(xué)生可能注意過(guò)一些由光的折射產(chǎn)生的現(xiàn)象，卻不能理解其中的原因，因此學(xué)生對(duì)研究光的折射懷有較強(qiáng)的求知愿望。光的折射規(guī)律不僅能解釋生活中的有關(guān)現(xiàn)象，同時(shí)又是理解透鏡作用的基礎(chǔ)。本節(jié)的編寫(xiě)思路是：通過(guò)教材圖3-37所示的實(shí)驗(yàn)，首先讓學(xué)生認(rèn)識(shí)光的折射現(xiàn)象；然后讓學(xué)生做“活動(dòng)1”中的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)一些奇妙（而又不能明確解釋?zhuān)┑默F(xiàn)象，并急于想知道其中的原因，從而激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探究光的折射規(guī)律的欲望；“活動(dòng)2”讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究光的折射規(guī)律；最后運(yùn)用光的折射規(guī)律，解釋生活中的折射現(xiàn)象。本節(jié)教材與傳統(tǒng)教材的最大區(qū)別，就是讓學(xué)生通過(guò)科學(xué)探究的方式學(xué)習(xí)光的折射規(guī)律。傳統(tǒng)教材比較重視科學(xué)知識(shí)，而本教材增設(shè)了兩個(gè)學(xué)生活動(dòng)，“活動(dòng)1”激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生探究光的折射規(guī)律的興趣，“活動(dòng)2”讓學(xué)生經(jīng)歷探究光的折射規(guī)律的過(guò)程，這些都給學(xué)生進(jìn)行開(kāi)放性的自主探究學(xué)習(xí)提供了廣闊的空間。本節(jié)教學(xué)重點(diǎn)：光的折射規(guī)律是幾何光學(xué)的基本規(guī)律，是解釋生活中折射現(xiàn)象的主要依據(jù)，另外光的折射規(guī)律的探究過(guò)程，能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力，所以光的折射規(guī)律及其探究過(guò)程是本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)。本節(jié)教學(xué)難點(diǎn)：分析解釋生活中的一些折射現(xiàn)象，既涉及到光的折射規(guī)律，又與人的視覺(jué)習(xí)慣有關(guān)，學(xué)生不容易理解，是本節(jié)教學(xué)的難點(diǎn)。3教學(xué)建議本節(jié)可按照學(xué)生的認(rèn)識(shí)規(guī)律，由淺入深進(jìn)行教學(xué)，首先讓學(xué)生認(rèn)識(shí)光的折射現(xiàn)象，然后探究光的折射規(guī)律，最后解釋生活中的折射現(xiàn)象。其中探究光的折射規(guī)律是本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)，組織學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生自主探究提供充足的時(shí)間和實(shí)驗(yàn)條件，是本節(jié)教學(xué)的關(guān)鍵。光的折射可以開(kāi)門(mén)見(jiàn)山，直接演示教材圖3-37所示的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)觀察，發(fā)現(xiàn)光的折射現(xiàn)象，總結(jié)出光的折射的定義。也可以設(shè)置一些情境，引起學(xué)生的興趣。例如：讓激光筆發(fā)出的光照在大屏幕上（或遠(yuǎn)處的墻壁上），大家看到一個(gè)光點(diǎn)，教師問(wèn)學(xué)生：激光筆發(fā)出的光是沿怎樣的路線到達(dá)銀幕（或墻壁）的？光沿直線傳播。把盛水的玻璃杯或玻璃磚在光路上擋一下，光點(diǎn)發(fā)出了位移，讓學(xué)生猜想“為什么？”然后用教材圖3-37所示的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)學(xué)生的猜想。圖3.4-1對(duì)于教材圖3-37所示的實(shí)驗(yàn)，可以用玻璃水槽、激光筆、光屏來(lái)做，將光屏豎直插入水槽中，一半浸入水中，一半在空氣中，使激光筆發(fā)出的光掠射在光屏上。為使掠射效果明顯，可用改制的激光筆作光源，改制方法參見(jiàn)本章“課程資源”之“1.激光筆的改制”。還可以改用大燒瓶做此實(shí)驗(yàn)，如圖3.4-1所示，為了顯示光路，可以在水中滴入少許牛奶，在上部（空氣中）放一支點(diǎn)燃的香，形成一些煙霧。活動(dòng)1 觀察光的折射現(xiàn)象“活動(dòng)1”的主要目的是設(shè)疑激趣，通過(guò)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生意識(shí)到，由于光的折射，在實(shí)際中會(huì)看到一些奇妙的現(xiàn)象，而這些現(xiàn)象僅憑現(xiàn)有的知識(shí)不能完全解釋?zhuān)仨氝M(jìn)一步研究光的折射規(guī)律。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，做起來(lái)并不復(fù)雜，可完全放給學(xué)生，讓他們盡情地觀察、體驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)后讓學(xué)生說(shuō)說(shuō)“可能的原因”，主要是引起學(xué)生思考，讓他們提出自己的猜想。其實(shí)要準(zhǔn)確解釋他們觀察到的現(xiàn)象，既要用到光的折射規(guī)律，又涉及到人的視覺(jué)習(xí)慣，此時(shí)學(xué)生給出圓滿的解釋幾乎是不可能的。在學(xué)生的猜想中，可能會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤的說(shuō)法，教師（或其他學(xué)生）要及時(shí)給予糾正，如：生：鉛筆發(fā)生了折射。師：“鉛筆”能折射嗎？生：人的“光眼（或視線）”發(fā)生折射。師：人眼會(huì)發(fā)光嗎？對(duì)于學(xué)生提出的正確猜想，教師也要步步追問(wèn)，引起他們深思，如：生：來(lái)自物體的光在水面處折射，然后進(jìn)入眼中。師：那么光向哪個(gè)方向偏折？這樣、還是這樣（可以用兩根木棍幫助說(shuō)明）？為什么水中的物體看起來(lái)似乎變淺了、而不是變深？面對(duì)學(xué)生的種種推測(cè)和疑惑，教師最后用一句話總結(jié)和過(guò)渡：看來(lái)要正確解釋大家看到的這些奇妙的現(xiàn)象，必須弄清光折射的規(guī)律。探究光的折射規(guī)律“活動(dòng)2”的目的是讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究光的折射規(guī)律，即探究“三線”、“兩角”的關(guān)系，重點(diǎn)研究折射角與入射角的關(guān)系及條件。除教材圖3-39(a)所示的器材外，教師和學(xué)生可因地制宜創(chuàng)造性地自制器材，如上文圖3.4-1所示的器材和下面的器材，實(shí)驗(yàn)效果也比較好，可供參考。如圖3.4-2(a)所示，取一塊直徑約20cm的膠木板圓盤(pán)做面板，面板上沿圓周標(biāo)上角度，再用透明有機(jī)玻璃與面板粘合成半圓形水槽。光源固定在連桿的一端，連桿的另一端用螺栓固定在面板背面的中心位置，要求連桿可以繞螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)。整個(gè)裝置安裝在鐵架臺(tái)上。將玻璃水槽換成半圓玻璃磚粘在面板上，還可用來(lái)探究光在“空氣玻璃”界面上發(fā)生折射的規(guī)律，如圖3.4-2 (b)所示。 (a) (b)圖3.4-2圖3.4-3實(shí)驗(yàn)前，要讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)觀察的目的：探究光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)如何偏折，具體來(lái)說(shuō)要注意以下4點(diǎn)：是否也像光的反射那樣，折射光線跟入射光線、法線在同一平面內(nèi)？當(dāng)光從空氣斜射到水或玻璃表面時(shí)，是像圖3.4-3所示OB那樣偏折？還是像OC那樣偏折？（為便于描述，引入“入射角”和“折射角”）當(dāng)入射角增大或減小時(shí)，折射角如何變化？折射光路可逆嗎？可將上述實(shí)驗(yàn)?zāi)康臍w納成簡(jiǎn)要的文字，用多媒體投出，并讓學(xué)生觀看1分鐘。學(xué)生明確了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，則把“主動(dòng)權(quán)”完全放給學(xué)生，一定要給學(xué)生留有足夠的活動(dòng)時(shí)間，讓他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中觀察、發(fā)現(xiàn)、交流，進(jìn)行開(kāi)放式地探索?；顒?dòng)后，全班集中交流，學(xué)生匯報(bào)自己的發(fā)現(xiàn)，教師適時(shí)點(diǎn)評(píng)、引導(dǎo)。學(xué)生親身經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程，大都能發(fā)現(xiàn)光折射的初步規(guī)律；個(gè)別學(xué)生有一些不準(zhǔn)確甚至錯(cuò)誤的結(jié)論，可引導(dǎo)學(xué)生討論，最終對(duì)光的折射規(guī)律獲得正確的認(rèn)識(shí)；有的學(xué)生的發(fā)現(xiàn)可能超出了初中物理范疇，如發(fā)現(xiàn)了全反射現(xiàn)象，教師應(yīng)給予表?yè)P(yáng)和鼓勵(lì)。最后總結(jié)，得到光折射的規(guī)律：光折射時(shí)，折射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi)；折射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè)。光從空氣斜射到水或玻璃表面時(shí)，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(shí)，折射角也增大。光垂直射到水或玻璃的表面時(shí)，光的傳播方向不改變。在光的折射現(xiàn)象中，光路也是可逆的。為幫助學(xué)生理解和鞏固光的折射規(guī)律，可讓學(xué)生作一些光路圖。如圖3.4-4所示，作出折射光線的大致位置。圖3.4-4生活中的折射現(xiàn)象運(yùn)用光的折射規(guī)律解釋生活中的折射現(xiàn)象，對(duì)于初中學(xué)生來(lái)說(shuō)比較困難，教師要引起注意。由于學(xué)生沒(méi)有學(xué)習(xí)平面鏡成像的原理，對(duì)人的視覺(jué)習(xí)慣并不清楚；加之探究光的折射規(guī)律時(shí)占用了較多的課堂教學(xué)時(shí)間，所以對(duì)于“鉛筆為什么向上彎折”，建議采用教師邊畫(huà)圖邊點(diǎn)拔、師生雙邊討論的方式，讓學(xué)生把其中的道理弄清楚，學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上舉一反三，獨(dú)立分析其他類(lèi)似的現(xiàn)象。如在解釋“鉛筆為什么向上彎折”時(shí)，首先明確：人看到鉛筆，是從鉛筆射出的光進(jìn)到了眼睛。再根據(jù)光的折射規(guī)律，在黑板上畫(huà)出從筆端P點(diǎn)射出的兩條光線，在水面處發(fā)生折射后，進(jìn)入人的眼睛。眼睛逆著折射光線看去，覺(jué)得折射光線好像是從它們的反向延長(zhǎng)線的交點(diǎn)P 射來(lái)的，即鉛筆的P點(diǎn)眼睛看起來(lái)好像在P點(diǎn)（此處要放慢，略作停頓，給學(xué)生留有思考理解的時(shí)間），并且P點(diǎn)比P點(diǎn)淺。鉛筆在水中的其他各點(diǎn)都是如此，所以我們看起來(lái)鉛筆在水中的部分好像向上折起了。關(guān)于光在不均勻的空氣中發(fā)生折射的現(xiàn)象，只作為常識(shí)性了解，讓學(xué)生知道這也叫折射即可，對(duì)于具體的折射情況、光路圖等，均不作要求。4教學(xué)評(píng)價(jià)課堂測(cè)評(píng)1在探究光的折射規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，你發(fā)現(xiàn)了哪些規(guī)律？當(dāng)時(shí)的心情如何？2學(xué)了光的折射后，請(qǐng)以“光的傳播”為題，對(duì)前幾節(jié)學(xué)習(xí)的有關(guān)知識(shí)做一個(gè)簡(jiǎn)要的總結(jié)。圖3.4-53如圖3.4-5所示，一束光沿AO方向由空氣射向水面，經(jīng)折射后可能照亮水中的點(diǎn)。（選填圖中的字母）4關(guān)于光的折射，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向一定發(fā)生改變B.光從水中斜射入空氣中時(shí)，折射角大于入射角C.光從空氣中斜射入水中，當(dāng)入射角增大時(shí)，折射角也隨著增大，但總小于入射角D.和光的反射現(xiàn)象一樣，折射光路也是可逆的玻璃5在圖3.4-6中，請(qǐng)大致畫(huà)出入射光線經(jīng)水面或三棱鏡折射后，進(jìn)入空氣的光路圖。圖3.4-66如圖3.4-7所示，是我們看到的筷子斜插入水中的情況，其中正確的是（）圖3.4-77自選器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究：光從水中斜射入玻璃中時(shí)的折射規(guī)律。【參考答案】1略。2光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播；光在同一種不均勻的介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)發(fā)生折射；光照在兩種介質(zhì)的分界面上，一般會(huì)發(fā)生反射和折射，反射光線遵循光的反射定律，折射光線遵循光的折射規(guī)律。圖3.4-83H 4A 5如圖3.4-8所示。 6D7以下實(shí)驗(yàn)方案可供參考：將玻璃磚浸沒(méi)在水中，用激光筆作光源，用光屏來(lái)顯示光路?！白晕以u(píng)價(jià)與作業(yè)”指導(dǎo)1.實(shí)驗(yàn)時(shí)最好用激光筆作光源，小商品市場(chǎng)的玩具店一般有售。2.如斜插在水中的筷子，看起來(lái)好像彎折了等。3.C4.D3.5 奇妙的透鏡1教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能能識(shí)別凸透鏡和凹透鏡。認(rèn)識(shí)凸透鏡對(duì)光的會(huì)聚作用和凹透鏡對(duì)光的發(fā)散作用。知道什么是焦點(diǎn)和焦距。過(guò)程與方法觀察透鏡對(duì)光的作用，會(huì)用光路圖表示觀察到的現(xiàn)象。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量凸透鏡的焦距。情感態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)觀察透鏡對(duì)光的作用，體驗(yàn)到透鏡的奇妙，產(chǎn)生對(duì)物理的興趣。2教材說(shuō)明本節(jié)主要內(nèi)容有：認(rèn)識(shí)凸透鏡和凹透鏡，學(xué)習(xí)有關(guān)透鏡的一些名詞，觀察凸透鏡和凹透鏡對(duì)光的作用，測(cè)量凸透鏡的焦距。透鏡是利用光的折射制成的改變光路的器件，在生活、生產(chǎn)和技術(shù)中都有廣泛的應(yīng)用。本節(jié)主要介紹有關(guān)透鏡的一些基本概念和透鏡對(duì)光的作用，為后面學(xué)習(xí)凸透鏡成像及其應(yīng)用作準(zhǔn)備。本節(jié)的編寫(xiě)思路是讓學(xué)生從感性到理性認(rèn)識(shí)透鏡：首先讓學(xué)生認(rèn)識(shí)透鏡的外部特征，然后研究透鏡對(duì)光的作用，在此基礎(chǔ)上引入焦點(diǎn)、焦距等重要概念。與傳統(tǒng)教材相比，本教材增設(shè)了一些學(xué)生活動(dòng)，如觀察透鏡對(duì)光的作用、測(cè)量凸透鏡的焦距，學(xué)生通過(guò)接觸實(shí)物，親自操作、觀察，對(duì)透鏡的作用、焦點(diǎn)、焦距等會(huì)有真切的體驗(yàn)，把有關(guān)知識(shí)真正學(xué)會(huì)弄懂，而不是紙上談兵、僅記住抽象的名詞。本節(jié)教學(xué)重點(diǎn)：凸透鏡對(duì)光的會(huì)聚作用和凹透鏡對(duì)光的發(fā)散作用，是透鏡的基本性質(zhì)，也是引入焦點(diǎn)、焦距的基礎(chǔ)；對(duì)透鏡而言，焦點(diǎn)是一個(gè)特殊而重要的點(diǎn)，無(wú)論作光路圖，還是研究凸透鏡成像的規(guī)律，都涉及到焦點(diǎn)。所以透鏡對(duì)光的作用和焦點(diǎn)、焦距的概念，是本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)。本節(jié)教學(xué)難點(diǎn)：凹透鏡的虛焦點(diǎn)是人為引入的，比較抽象，利用凹透鏡的虛焦點(diǎn)畫(huà)光路圖，學(xué)生容易出錯(cuò)，是本節(jié)教學(xué)的難點(diǎn)。3教學(xué)建議本節(jié)沒(méi)有太難的教學(xué)內(nèi)容，關(guān)鍵是讓學(xué)生多接觸實(shí)物，通過(guò)觀察、實(shí)驗(yàn)、探究，學(xué)習(xí)跟透鏡有關(guān)的一些最基本的知識(shí)。教材開(kāi)頭是讓學(xué)生熟悉凸透鏡和凹透鏡，可以把透鏡發(fā)給學(xué)生，保證每個(gè)小組各有一塊凸透鏡和凹透鏡，讓學(xué)生觀察、比較兩種透鏡的外部特征，說(shuō)出它們的異、同點(diǎn)。在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，小結(jié)：透鏡的玻璃片是透光的，是利用光的折射制成的光學(xué)器件；中間比邊緣厚的透鏡叫凸透鏡，中間比邊緣薄的透鏡叫凹透鏡。為便于學(xué)生理解，教師最好在黑板上畫(huà)出它們的截面圖。然后結(jié)合截面圖介紹：透鏡的中心叫光心，通過(guò)光心和球面球心的直線叫透鏡的主光軸。對(duì)于光心和主光軸，像教材上那樣簡(jiǎn)單介紹即可，不要擴(kuò)展。透鏡對(duì)光的作用“活動(dòng)1”的目的是讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察，認(rèn)識(shí)凸透鏡對(duì)光的會(huì)聚作用和凹透鏡對(duì)光的發(fā)散作用。該實(shí)驗(yàn)最好用光具盤(pán)和配套的條狀凸透鏡和凹透鏡來(lái)做，若沒(méi)有平行光源，可以用膠帶將幾只激光筆并排綁在一起，使它們射出的幾條平行光線掠射在光具盤(pán)上，也可以利用太陽(yáng)光作光源，具體方法參見(jiàn)本章“課程資源”之“2.利用太陽(yáng)光作平行光源”。若沒(méi)有光具盤(pán)，也可以用第3節(jié)研究“球面鏡”時(shí)的方法，用紙盒自制暗箱，光源可以用亮度強(qiáng)、聚光性較好的手電筒，或者太陽(yáng)光、并排綁在一起的幾只激光筆。在實(shí)驗(yàn)器材實(shí)在缺乏的情況下，還可以用下面的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：用手電筒直射到透鏡上，光屏放在透鏡后并靠近透鏡，觀察光經(jīng)過(guò)透鏡后在光屏上照亮的范圍和亮度，使光屏逐漸遠(yuǎn)離透鏡，觀察光屏上光照范圍和亮度的變化。會(huì)發(fā)現(xiàn)：用凸透鏡做實(shí)驗(yàn)時(shí)，隨著光屏逐漸遠(yuǎn)離透鏡，光照的范圍逐漸變小、亮度變強(qiáng)，最后在光屏上看到一個(gè)亮點(diǎn)，說(shuō)明凸透鏡對(duì)光有會(huì)聚作用；用凹透鏡實(shí)驗(yàn)時(shí)，隨著光屏逐漸遠(yuǎn)離透鏡，光照的范圍逐漸變大、亮度變暗，說(shuō)明凹透鏡對(duì)光有發(fā)散作用。透鏡的焦點(diǎn)和焦距為了介紹透鏡的焦點(diǎn)和焦距，讓學(xué)生把活動(dòng)1中觀察到的光路，用光路圖表示出來(lái)，畫(huà)在練習(xí)本上?？梢灾付▋擅麑W(xué)生，分別把凸透鏡和凹透鏡對(duì)光作用的光路圖畫(huà)在黑板上。教師結(jié)合學(xué)生在黑板上畫(huà)的光路圖，介紹凸透鏡的焦點(diǎn)和焦距、凹透鏡的虛焦點(diǎn)和焦距。介紹凹透鏡的虛焦點(diǎn)時(shí)要慢一些，用彩筆畫(huà)出延長(zhǎng)線（虛線），并讓學(xué)生補(bǔ)畫(huà)在自己的練習(xí)本上?！盎顒?dòng)2”的目的是測(cè)量凸透鏡的焦距，讓學(xué)生加深對(duì)凸透鏡焦點(diǎn)和焦距的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和學(xué)習(xí)興趣。圖3.5-1在活動(dòng)2中，若沒(méi)有現(xiàn)成的平行光源，應(yīng)盡可能找?guī)в芯酃夤δ艿氖蛛娡?，使手電筒發(fā)出的光盡可能是平行光。還可以把學(xué)生帶到室外（因這是本節(jié)課的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)），用太陽(yáng)光找凸透鏡的焦點(diǎn)，或者把“活動(dòng)2”作為一項(xiàng)課外作業(yè)，把凸透鏡發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生在課下完成。要注意向?qū)W生強(qiáng)調(diào)：千萬(wàn)不要透過(guò)凸透鏡觀察太陽(yáng)