光的反射與折射教學(xué)設(shè)計(jì)

#光的反射與折射教學(xué)設(shè)計(jì)、教材分析本節(jié)課是光學(xué)的第一小節(jié)，首先介紹了光學(xué)的發(fā)展史，然后在初中所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上直接給出了光的反射定律和光的折射定律。本小節(jié)重點(diǎn)應(yīng)放在折射定律的得出過(guò)程以及對(duì)光的折射率的理解。光的折射定律是幾何光學(xué)的三大基本規(guī)律之一（另外兩個(gè)規(guī)律是光的直線傳播規(guī)律和光的反射定律），是研究幾何光學(xué)的重要法寶。高中階段只研究在兩種介質(zhì)中并且其中一種介質(zhì)是空氣的兩界面間的折射情況及所遵循的規(guī)律。在應(yīng)用時(shí)，一定要注意作圖．突出幾何的特點(diǎn)。二、學(xué)生分析學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)過(guò)光的反射和折射，但沒(méi)有深入學(xué)習(xí)過(guò)光的折射所遵循的定量關(guān)系。學(xué)生已具備一定的實(shí)驗(yàn)操作技能，對(duì)物理學(xué)的研究方法已有一定的了解，在自主學(xué)習(xí)、合作探究等方面的能力有了一定提高。對(duì)于本節(jié)課的教學(xué)中學(xué)生可能會(huì)出現(xiàn)的思維障礙與困惑是：因?yàn)?，所以入射角的正弦與折射角的正弦之比都大于1。要解決這個(gè)問(wèn)題，比較好的辦法是通過(guò)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生切身感受到在光的折射現(xiàn)象里，光路是可逆的，當(dāng)光由介質(zhì)射入空氣時(shí)入射角的正弦與折射角的正弦之比反而小于1。三、教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能1、知道光在反射與折射時(shí)光路是可逆的，并能解釋與處理相關(guān)的問(wèn)題2、掌握光的反射定律與折射定律；知道折射率（指絕對(duì)折射率）的定義及其與光速的關(guān)系，并能用來(lái)進(jìn)行計(jì)算（二）過(guò)程與方法通過(guò)實(shí)驗(yàn)、討論及教師的引導(dǎo)，理解折射定律、并知道折射光路是可逆的，并能解釋光現(xiàn)象和計(jì)算有關(guān)的問(wèn)題；經(jīng)歷測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)，體會(huì)其中蘊(yùn)含的實(shí)驗(yàn)方法。（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)生活中大量的折射現(xiàn)象的分析，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的熱情，并正確認(rèn)識(shí)生活中的自然現(xiàn)象，樹(shù)立正確的世界觀．四、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)分析教學(xué)重點(diǎn)：重點(diǎn)是光的折射定律、折射率教學(xué)難點(diǎn)：如何利用折射定律，折射率與光速的關(guān)系，以及光路可逆的知識(shí)解決相關(guān)問(wèn)題?！窘虒W(xué)過(guò)程】（一）提出問(wèn)題，引入新課實(shí)驗(yàn)演示：將激光演示儀接通電源，暫不打開(kāi)開(kāi)關(guān)，將煙霧發(fā)生器點(diǎn)燃置入光的折射演示器中，將半圓柱透明玻璃放入對(duì)應(yīng)的位置．打開(kāi)開(kāi)關(guān)，將激光管點(diǎn)燃，讓一束激光照在半圓柱透明玻璃的平面上，讓光線垂直于平面過(guò)圓心入射（沿法線入射），觀察光從空氣射到空氣與玻璃的分界面時(shí)，發(fā)生什么現(xiàn)象？生觀察并回答：一部分光返回到空氣中去（反射光），另一部分光會(huì)進(jìn)入到玻璃中去，但傳播方向與入射光的傳播方向相比，發(fā)生偏折。師強(qiáng)調(diào)：一、光從第1種介質(zhì)射到它與第2種介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分光會(huì)返回到第1種介質(zhì)，這種現(xiàn)象叫光的反射。另一部分光會(huì)進(jìn)入第2種介質(zhì)的現(xiàn)象，叫做光的折射。復(fù)習(xí)光的反射定律及反射光路可逆知識(shí)。二、光的反射定律：1、反射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi)．反射光線，入射光線在法線兩側(cè)2、反射角等于入射角．在反射現(xiàn)象中，光路是可逆的．師：從剛才的復(fù)習(xí)可知，我們?cè)诔踔袑?duì)于反射的了解已經(jīng)非常到位了，但對(duì)于折射，還只是知道了一些定性的規(guī)律，如：折射光線跟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的兩側(cè)；當(dāng)光從空氣斜射入水或玻璃中時(shí)，折射角小于入射角；當(dāng)光從水或玻璃斜射入空氣中時(shí)，折射角大于入射角。

我們今天要定量地進(jìn)行研究．二）新課教學(xué)三、光的折射定律結(jié)合圖2,復(fù)習(xí)入射角i和折射角r的概念。1、入射角i：是入射光線與法線之間的夾角.折射角r：是折射光線與法線之間的夾角.演示：將光的激光演示儀接通電源,暫不打開(kāi)開(kāi)關(guān),將煙霧發(fā)生器點(diǎn)燃置入光的折射演示器中,將半圓柱透明玻璃放入對(duì)應(yīng)的位置.打開(kāi)開(kāi)關(guān),將激光管點(diǎn)燃,讓一束激光照在半圓柱透明玻璃的平面上,讓光線垂直于平面過(guò)圓心入射（沿法線入射），觀察折射情況：a.角度，b.明暗程度與入射光線進(jìn)行對(duì)比.然后改變（增大）入射角進(jìn)行記錄,再次觀察能量改變的情況.最后進(jìn)行概括、歸納、小結(jié).2、在兩種介質(zhì)的分界面上入射光線、反射光線、折射光線的能量分配.我們可以得出結(jié)論：隨入射角的增大，反射光線的能量比例逐漸增加，而折射光線的能量比例逐漸減小。在光的折射現(xiàn)象中，入射角與折射角間究竟有什么樣的定量規(guī)律？原來(lái)在一千多年前，人們就開(kāi)始在思考、探索這個(gè)問(wèn)題。根據(jù)歷史記載，在探索光的折射規(guī)律的實(shí)踐中，做出過(guò)重要貢獻(xiàn)的科學(xué)家有托勒密、開(kāi)普勒、斯涅爾、笛卡兒、費(fèi)馬、斯涅耳等人，他們研究的內(nèi)容包括傳播方向規(guī)律，傳播速度規(guī)律、能量分配規(guī)律等等。其中，在這方面成就最大的科學(xué)家是荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅耳。本節(jié)課，我們主要學(xué)習(xí)他在研究數(shù)據(jù)，讓學(xué)生進(jìn)行計(jì)算（用計(jì)算器）。通過(guò)分析表中數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比.如果用n來(lái)表示這個(gè)比例常數(shù)，就有數(shù)據(jù)，讓學(xué)生進(jìn)行計(jì)算（用計(jì)算器）。通過(guò)分析表中數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比.如果用n來(lái)表示這個(gè)比例常數(shù)，就有sini-—=n.sinr這就是光的折射定律，也叫斯涅耳定律.（1621年，荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅耳在分析了大量數(shù)據(jù)后得出的入射角與折射角間的關(guān)系）3、折射定律：入射角i（°）折射角r（°）i/rsini/sinr106.71.501.492013.31.501.493019.61.531.494025.21.591.515030.71.631.506035.11.671.517038.61.811.508040.61.971.51（1）折射光線跟入射光線和界面的法線在同一平面內(nèi)，折射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè)；（2）入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。如果用n表示這個(gè)比例常數(shù)，就有叫=n12sin02演示：如果使光線逆著原來(lái)的折射光線到界面上，折射光線就逆著原來(lái)的入射光線射出，這就是說(shuō)，在折射現(xiàn)象中光路也是可逆的.（在反射現(xiàn)象中，光路也是可逆的）4、折射光路是可逆的。四、折射率光從一種已知介質(zhì)1射入另一種已知介質(zhì)2時(shí)，雖然入射角的正弦跟折射角的正弦之比為一常數(shù)n，但進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究表明，折射定律中的比例常數(shù)n并不是一個(gè)“萬(wàn)古不變”的常數(shù)，只要改變兩種介質(zhì)中的任何一種，n將隨之改變，如：空氣到玻璃——1.50；空氣到水——1.33；水到玻璃——1.13；…因此，這個(gè)比例常數(shù)只與兩種介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中，遇到最多的情形是光從空氣射入某種介質(zhì)，或從某種介質(zhì)射入空氣，而空氣對(duì)光的傳播影響很小，可以按真空處理。因此，以后我們只討論光從真空射入介質(zhì)的情形。這時(shí)，常數(shù)n12可以簡(jiǎn)單地記為n。對(duì)于不同的介質(zhì)來(lái)說(shuō)，常數(shù)n是不同的，它與介質(zhì)有關(guān)，是一個(gè)反映介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量。在相同的入射角下，常數(shù)n越大，光線從空氣斜射入這種介質(zhì)時(shí)偏折的角度越大。一一引入折射率的定義。1、折射率n：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，入射角e1的正弦與折射角e2的正弦的比值n，叫12

做這種介質(zhì)的折射率。物理意義：折射率是一個(gè)反映介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量。折射率n越大，光線偏折越大每種透明介質(zhì)的折射率都有一個(gè)固定值，下表展示了幾種常見(jiàn)介質(zhì)的折射率——

度v和真空中的光速c、材料n之間有以下關(guān)系2、光的傳播速度和折射率的關(guān)系：v=C/n。(也可用惠更斯原理導(dǎo)出)鑒于真空之外的任何介質(zhì)的折射率都大于1,所以，光在真空之外任何介質(zhì)的傳播速度都小于c(三)知識(shí)運(yùn)用1、提供以下實(shí)驗(yàn)器材：玻璃磚一塊；白紙；木板；大頭針；圖釘；三角板量角器；鉛筆。設(shè)計(jì)一實(shí)驗(yàn)測(cè)定所給玻璃磚的折射率。(討論時(shí)，可參考課本第48頁(yè)的實(shí)驗(yàn)，說(shuō)出實(shí)驗(yàn)原理并寫出實(shí)驗(yàn)步驟)學(xué)生討論，實(shí)驗(yàn)原理：如圖1-67所示，要確定通過(guò)玻璃磚的折射光線，通過(guò)插針?lè)ㄕ页龈肷涔饩€AO對(duì)應(yīng)的出射光線O'D，就能求出折射光線00’和折射角r。再根據(jù)折射定律就可計(jì)算玻璃的折射率n=sini/sinr【實(shí)驗(yàn)步驟】把白紙用圖釘釘在木板上。在白紙上畫一條直線a作為玻璃磚的上界面，畫一條線段A0作為入射光線，并過(guò)0點(diǎn)畫出界面a的法線NN'。把長(zhǎng)方形的玻璃磚放在白紙上，使它的一個(gè)長(zhǎng)邊跟a嚴(yán)格對(duì)齊，并畫出玻璃磚的另一個(gè)長(zhǎng)邊a'。在A0線段上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2。在玻璃磚的a'—側(cè)豎直地插上大頭針P3,調(diào)整眼睛觀察的視線，要使P3恰好能擋住P1和P2在玻璃磚中的虛像。用同樣的方法在玻璃磚的a'—側(cè)再插上大頭針P4、使P4能同時(shí)擋住P3本身和P1、P2的虛像。記下P3、P4的位置，移去玻璃磚和大頭針。過(guò)P3、P4引直線O'D與a'交于0'點(diǎn)，連接0、0',00'就是入射光A0在玻璃磚內(nèi)的折射光線的方向。入射角i=ZA0N,折射角r=Z0'0N'。用量角器量出入射角i和折射角r。從三角函數(shù)表中查出入射角和折射角的正弦值，記入自己設(shè)計(jì)的表格里。用上面的方法分別求出入射角是15°、30°、45°、60°和75°時(shí)的折射角。查出入射角和折射角的正弦值，把這些數(shù)據(jù)也記在表格里。計(jì)算出不同入射角時(shí)sini/sinr的值，比較一下，看它們是否接近一個(gè)常數(shù)。求出幾次實(shí)驗(yàn)中測(cè)出的sini/sinr的平均值，就是玻璃的折射率。師：為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，要注意以下事項(xiàng)：玻璃磚的折射面a、a'必須畫準(zhǔn)確，才能確定法線，準(zhǔn)確地畫出入射角和折射角。(用手拿玻璃磚時(shí)，不能觸摸光潔的光學(xué)面。嚴(yán)禁把玻璃磚當(dāng)尺子畫玻璃磚的兩個(gè)折射面a、a'。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，玻璃磚在紙上的位置不可移動(dòng)。大頭針應(yīng)豎直地插在白紙上，且玻璃磚每一側(cè)的兩枚大頭針P1和P2間、P3和P4間的距離應(yīng)盡量大一些，以減少確定光路方向時(shí)造成的誤差。實(shí)驗(yàn)時(shí)入射角應(yīng)適當(dāng)?shù)卮笮?，以減小測(cè)量角度的誤差；但入射角也不宜過(guò)大，否則在a'—側(cè)要么看到P1、P2的像模糊不清，不便于插大頭針P3、P4。玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的，宜在5cm以上，若寬度太小，則測(cè)量誤差較大。2、光線從空氣射入*=“'巨的介質(zhì)中，反射光線恰好垂直于折射光線，則入射角約為多少？

解：根據(jù)光的反射定律有入射角'跟反射角聲相等，根據(jù)題意折射光線與反射光線垂直，即兩光線的夾角為90°,則反射角與折射角廣互余，即用W,則+=90-.所以：3、又根據(jù)折射率的定義式：所以：3、如圖一個(gè)儲(chǔ)油桶的底面直徑與高均為d.從某點(diǎn)A恰能看到桶底邊緣的某點(diǎn)B。當(dāng)桶內(nèi)油一半時(shí)，仍沿AB方向看去，恰好看到桶低上的點(diǎn)C,C、B兩點(diǎn)距離d/4.求油的折射率和光在油中傳播的速度。五、同步練習(xí)1、人看到沉在水杯底的硬幣，其實(shí)看到的是：（）A、硬幣的實(shí)像，其位置比硬幣實(shí)際所在位置淺）B、硬幣的實(shí)體，其位置即硬幣的實(shí)際位置）C、硬幣的虛像，但位置比硬幣的實(shí)際位置淺D、硬幣的虛像，其位置比硬幣的實(shí)際位置深2、如圖所示，在兩束光的交點(diǎn)P前，放一塊長(zhǎng)方形的玻璃磚則交點(diǎn)位置：（A、不變B、向左C、向右D、可能向左、也可能向右，由光的顏色決定的3、光線以某一入射角從空氣進(jìn)入折射率為苗的玻璃中，折射光線與反射光線恰好垂直，則入射角等于（）A、30°B、45°C、60°D、80°4、光從某種介質(zhì)射入空氣中，入射角i從零開(kāi)始逐漸增大時(shí)，折射角r也隨之增大，下述說(shuō)法正確的是（）A、比值'片不變BA、比值'片不變B、比值不變C、比值叫伽『是一個(gè)大于1的常數(shù)D、比值沁伽『是一個(gè)小于1的常數(shù)TOC\o"1-5"\h\z5、觀察者看見(jiàn)太陽(yáng)剛從地平線升起時(shí)，關(guān)于太陽(yáng)位置的敘述正確的是（）A、太陽(yáng)位于地平線之上、B、太陽(yáng)位于地平線之下C、太陽(yáng)位于地平線D、大氣密度不知，無(wú)法判斷6、水的折射率等于4/3,玻璃的折射率等于3/2，光在水中的傳播速度與在玻璃中的傳播速度之比等于.7、玻璃的折射率是1.50，水晶的折射率是1.55，讓一塊厚度為1cm的玻璃片與一塊水晶片疊放在一起,若光線垂直射入時(shí)，通過(guò)它們所用時(shí)間相等，則水晶片厚度是cm、8、如圖示，有一長(zhǎng)方形容器，高為30cm，寬為40cm，在容器的底部平放著一把長(zhǎng)40cm的刻度尺。眼睛在OA的延長(zhǎng)線上的E點(diǎn)觀察，視線沿著EA斜著向下看恰能看到尺的左端的零刻度?，F(xiàn)保持眼睛的位置不變，向容器內(nèi)倒入