初中物理八年級(jí)光的折射學(xué)案

光的折射

●教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo)1．了解光的折射的現(xiàn)象．2．了解光從空氣射入水中或其他介質(zhì)中時(shí)的偏折規(guī)律．3．了解光在發(fā)生折射時(shí)，光路的可逆性．二、能力目標(biāo)1．通過觀察，認(rèn)識(shí)折射現(xiàn)象．2．體驗(yàn)由折射引起的錯(cuò)覺．三、德育目標(biāo)初步領(lǐng)略折射現(xiàn)象的美妙，獲得對自然現(xiàn)象的熱愛、親近的情感．

●教學(xué)重點(diǎn)知道光的折射規(guī)律．

●教學(xué)難點(diǎn)解釋簡單的折射現(xiàn)象．

●教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)法、歸納法、講練法．

●教學(xué)用具演示用：激光光源、光的折射演示裝置、水槽．學(xué)生用：碗、筷子、茶杯、硬幣、適量的水．

●課時(shí)安排1課時(shí)

●教學(xué)過程一、創(chuàng)設(shè)問題情境，引入新課讓學(xué)生做兩個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣．［學(xué)生實(shí)驗(yàn)1］在碗中盛滿水，把筷子斜插到碗的底部，從側(cè)面斜視水面，會(huì)發(fā)現(xiàn)水中的筷子看上去好像向上彎折了．［學(xué)生實(shí)驗(yàn)2］在空的茶杯里放一枚硬幣，移動(dòng)杯子，使眼睛剛剛看不到硬幣，保持眼睛和杯子的位置不變，慢慢地向杯里倒水，隨著水面的升高，觀察者看到了硬幣，還會(huì)發(fā)現(xiàn)硬幣升高了．上述實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生能看見水中“彎折”的筷子和“升高”的硬幣，是由于光在水和空氣的界面上發(fā)生了一種光現(xiàn)象，這就是本節(jié)要學(xué)習(xí)的光的折射，由此引入新課．二、新課教學(xué)（一）光的折射［師］我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了光的直線傳播現(xiàn)象、反射現(xiàn)象．以及光在反射時(shí)所遵循的規(guī)律——光的反射定律．這些現(xiàn)象都是光在同種均勻介質(zhì)中傳播的現(xiàn)象．那么光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)又將如何傳播呢？教師利用演示實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生觀察光的折射現(xiàn)象．實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，其中圓形白色屏E（可用2cm厚木板刷上白油漆）邊緣標(biāo)有均勻刻度，中間開有長方形口，恰好將長方形玻璃容器放進(jìn)去，容器中裝適量的水，并在水中插有可轉(zhuǎn)動(dòng)的白色屏F（樹脂板或塑料板），白色屏E和F可顯示光束傳播的路徑．圓周上有一可移動(dòng)的激光光源S（可用激光棒）．［師］光從空氣斜射入水中，傳播方向是否改變呢？［生甲］傳播方向不改變，仍沿直線傳播．［生乙］傳播方向要發(fā)生改變．［師］光從空氣斜射入水中，如果改變方向，是向介面偏折呢？還是向法線偏折？［生甲］向介面偏折．［生乙］向法線偏折．［師］上面問題的回答誰對誰錯(cuò)呢？下面我們用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證一下．［演示1］使E、F在同一平面上，讓光從空氣斜射向水面．［現(xiàn)象］光從空氣斜射入水中，在空氣中發(fā)生反射，同時(shí)在水面處改變方向進(jìn)入水中，同時(shí)向法線偏折．師生共同分析得出結(jié)論：光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生偏折，這種現(xiàn)象叫光的折射．（refraction）（二）有關(guān)折射的幾個(gè)專用名詞1．教師把剛才光的折射現(xiàn)象在黑板上畫出光的折射光路圖．2．從圖中介紹，什么是折射光線和折射角．為了防止學(xué)生把折射光線與界面的夾角誤認(rèn)為折射角，所以，要特別指出，折射角是折射光線與法線的夾角．（三）光的折射規(guī)律［演示2］使E、F在同一平面上，讓光從空氣斜射向水面，改變?nèi)肷浣?，再做兩次．演示過程要讓學(xué)生觀察兩點(diǎn)：1．光從空氣射入水中，入折角和折射角哪個(gè)大？2．隨著入射角的增大（減小）折射角將如何改變？［現(xiàn)象］①光從空氣斜射入水中，折射角小于入射角．②折射角隨著入射角的增大（減小）而增大（減?。垩菔?］把白色屏F分別向前、向后折，讓光以某一角度射向水面．［師］大家能否看到水中的光線．［生］看不見．師生共同分析得出結(jié)論：①折射光線、入射光線、法線位于同一平面內(nèi)．②折射光線、入射光線位于法線的兩側(cè)．［演示4］讓光垂直射向水面［師］大家觀察一下進(jìn)入水中的光線沿什么方向前進(jìn)？［生］光沿直線傳播，傳播方向不變．師生共同分析得出：當(dāng)光線垂直射向介質(zhì)表面時(shí)，傳播方向不改變．［師］當(dāng)光線垂直射向介質(zhì)表面時(shí)，入射角和折射角各是多少度？［生］當(dāng)光線垂直射向介質(zhì)表面時(shí)，入射角為0°，折射角也為0°．［師］利用圖提出問題：如果讓光線逆著折射光線的方向從水或其他介質(zhì)射入空氣中，光線是否沿原入射光線射出呢？［演示5］①先讓光由空氣射入水中，記下入射光線、入射點(diǎn)、折射光線的位置．②再讓光線逆著折射光線方向射入，觀察光線是否逆著原入射光線方向射出．教師演示，學(xué)生觀察后師生共同分析得出結(jié)論：在折射時(shí)光路是可逆的．（四）用光的折射規(guī)律解釋一些簡單的現(xiàn)象1．盛了水的碗，看上去好像變淺了［分析］如圖所示，從碗底S點(diǎn)發(fā)出的光線，由水進(jìn)入空氣時(shí)，在水面上會(huì)發(fā)生折射，折射角大于入射角，折射光線進(jìn)入人眼，人眼逆著折射光線的方向看去，覺得這些光線好像是從它們反向延長線交點(diǎn)S′發(fā)出來的．S′就是S的虛像，S′比S與水面的距離近．所以，人看上去盛水的碗底好像變淺了．2．放在杯底剛好看不見的小石頭，加上水又會(huì)看得見．［分析］在未加水之前的小石頭S點(diǎn)，射入人眼的這部分光，被杯的邊沿?fù)踝∪鐖D甲所示，射向其他方向的光線，也沒有射進(jìn)人的眼睛，所以，人眼看不見小石頭．當(dāng)水加到一定程度時(shí)，S點(diǎn)從水射入空氣時(shí)，在水面發(fā)生折射，折射角大于入射角，折射光線進(jìn)入人眼．如圖乙所示，人可以看見小石頭，其實(shí)，人看到的只是小石頭的虛像．三、知識(shí)小結(jié)通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問題：1．光的折射現(xiàn)象．2．光的折射規(guī)律．3．用光的折射解釋簡單的光現(xiàn)象．四、布置作業(yè)1．復(fù)習(xí)本節(jié)課文．2．P48動(dòng)手動(dòng)腦學(xué)物理①②③④．3．預(yù)習(xí)第五節(jié)“看不見的光”．五、板書設(shè)計(jì)

第四節(jié)光的折射1．光的折射光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向一般會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫光的折射．2．光的折射規(guī)律①折射光線與入射光線、法線在同一平面內(nèi)．②折射光線和入射光線分居法線兩側(cè)．③折射角隨著入射角的增大（減?。┒龃螅p?。墚?dāng)光從空氣斜射入其他透明介質(zhì)時(shí)，入射角大于折射角；當(dāng)光從其他透明介質(zhì)斜射入空氣時(shí)，入射角小于折射角．⑤當(dāng)光線垂直射向介質(zhì)表面時(shí)，傳播方向不改變．⑥在折射時(shí)光路是可逆的．3．解釋現(xiàn)象①池水變淺．②硬幣升高．六、課后練習(xí)1．在星光燦爛的夜晚仰望天空，會(huì)看到繁星在夜空中閃煉，像人“眨眼睛”一樣，造成這種現(xiàn)象的原因是A．星星的發(fā)光是斷斷續(xù)續(xù)的B．被其他星體瞬間遮擋的結(jié)果C．星光被地球大氣層反射的結(jié)果D．星光被地球大氣層折射的結(jié)果2．若水中的魚能看到岸邊的人，它看到的人其實(shí)是A．變矮了的人的實(shí)像B．變高了的人的實(shí)像C．變矮了的人的虛像D．變高了的人的虛像3．關(guān)于光的反射和折射現(xiàn)象，下列說法正確的是A．漫反射是一種折射現(xiàn)象B．平面鏡成像是一種折射現(xiàn)象C．光在不均勻的空氣中傳播的路徑是彎曲的，這實(shí)際上是折射現(xiàn)象D．池水看起來比實(shí)際淺些，這是由于池底射向空氣的光線，折射角小于入射角4．下列哪個(gè)現(xiàn)象為折射的結(jié)果：①筷子水中部分是曲折的；②清澈的水底看起來比實(shí)際淺；③太陽未出地平線，人已看到太陽；④在平面鏡中看到自己的像．正確的是A．①③④ B．③④C．①②③ D．②③④5．關(guān)于光的折射，下列說法正確的是A．光只有從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，才能發(fā)生折射B．只有光斜射到兩種不同介質(zhì)的界面時(shí)才可能發(fā)生折射C．光從空氣射向水，折射光路是可逆的，光從水射向空氣，折射光路是不可逆的D．在發(fā)生光的折射時(shí)一定發(fā)生反射，反射角可能大于入射角6．如圖所示，水中點(diǎn)光源S發(fā)出的光線照在S′上，圖中三條光線路徑可能正確的是A．SO1S′ B．SO2S′C．SO3S′ D．以上三條都不正確7．如圖所示，光線射到由玻璃制成的三棱鏡上后經(jīng)玻璃和空氣的兩個(gè)界面折射后形成的光路圖，其中正確的是8．如圖，作出入射光線AO的折射光線的大致方向．9．人站在岸上看到平靜的水中，魚在白云間游動(dòng)．試解釋這個(gè)現(xiàn)象．10．如圖所示，一束光線由某介質(zhì)射入空氣中時(shí)發(fā)生了反射和折射現(xiàn)象．已知∠1=∠2≠∠3，試指出圖中的界面和法線并在圖中標(biāo)出入射光線、反射光線和折射光線的傳播方向．［參考答案］1．D2．答案：D解析：如圖所示，人在頭部某點(diǎn)A反射出的光線由空氣進(jìn)入水中時(shí)，在水面處發(fā)生折射，折射光線靠近法線，這些光線射入魚的眼里，魚看到這些光線是從它的反向延長線的交點(diǎn)A′發(fā)出的，A′就是A的虛像．同理，人其他部分的情形也都一樣，顯然這個(gè)像比人高．3．答案：C解析：A、B都是光的反射現(xiàn)象．池水看起來比實(shí)際淺些，是由于從池底射向空氣的光線，折射角大于入射角，D也不正確．所以C是正確的．4．C5．A6．答案：D解析：光從水斜射入空氣中時(shí)，折射角大于入射角，圖中SO1垂直于界面；則折射角等于入射角=0°；SO2與SO3在同一直線上，SO3的折射角小于入射角，均不符合光的折射規(guī)律．7．答案：D解析：此光線經(jīng)過的第一個(gè)界面是由空氣進(jìn)入玻璃，根據(jù)光線折射規(guī)律，此時(shí)的折射角小于入射角，在圖中過入射點(diǎn)作出法線，折射光線應(yīng)更靠近法線，發(fā)現(xiàn)C圖中的折射角大于入射角，C錯(cuò)誤．光線經(jīng)過第二個(gè)界面ac時(shí)是由玻璃進(jìn)入空氣中，由光的折射規(guī)律，此時(shí)折射角應(yīng)大于入射角，作出法線，發(fā)現(xiàn)A、B圖中都是折射角小于入射角，錯(cuò)誤．因此只有D圖中光線符合光的折射規(guī)律選D．8．解析：入射光線AO的折射光線的大致方向如下圖所示．9．解析：人看到水中的云是天空中白云射出的光線（反射陽光）在水面發(fā)生反射進(jìn)入人眼是平面鏡給出成的虛像．人看到水中的魚是魚射出（反射陽光）的光線經(jīng)水面折射進(jìn)入空氣到達(dá)人眼是折射給魚成的虛像．可見人在岸上看到水中的魚在云中游動(dòng)，云是水面給云成的像，魚是水面折射給魚成的像．10．解析：仔細(xì)分析題圖，先分析哪是界面，AO、BO、CO不可能是界面（為什么？自己分析一下）只有MM′和NN′是界面．假設(shè)界面是NN′，那么MM′就是法線，利用光的反射定律，入射光線、反射光線必在同一種介質(zhì)內(nèi)，并且折射光線和入射光線分居在法線的兩側(cè)，CO應(yīng)是入射光線，BO是反射光線，OA是折射光線，因?yàn)椤?≠∠3，所以反射角（∠BOM）和入射角（∠COM）不相等，不符合光的反射定律．假設(shè)不成立．因此只有MM′是界面，NN′是法線．在三條光線中，有OA、OB兩條線在同一介質(zhì)中，所以入射光線只可能是OA、OB中的某一條．假設(shè)OB是入射光線．那么OA是反射光線，OC則是折射光線，這樣折射光線OC和入射光線OB在法線同一側(cè)了．不符合折射規(guī)律，假設(shè)不成立．只有OA是入射光線，那么OB是反射光線，OC是折射光線，光由某介質(zhì)射入空氣中時(shí)，折射光線應(yīng)遠(yuǎn)離法線偏折，與圖示情況相符，∠1=∠2．所以MM′是界面，NN′是法線，三條光線如圖所示．評點(diǎn)：（1）解答該類問題時(shí)，要注意將反射定律和折射規(guī)律綜合運(yùn)用．（2）分析該題要用假設(shè)法．在分析時(shí)先假定，然后由假設(shè)出發(fā)，根據(jù)所學(xué)物理知識(shí)和已知條件來進(jìn)行分析、推理，得出肯定或否定．假設(shè)法是分析物理問題的常用方法，要領(lǐng)會(huì)掌握這種方法．（3）在題目解答后，要學(xué)會(huì)對解題結(jié)果進(jìn)行分析．如本題確定MM′是界面，NN′是法線，OA是入射光線，OB是反射光線，OA和OB分居法線兩則，入射角∠1等于反射角∠2，符合反射定律；OC是折射光線．OA和OC分別處于介質(zhì)和空氣中，且在法線兩側(cè)，∠3＞∠1，題意指出光從某介質(zhì)射入空氣中，也符合折射規(guī)律．

●備課資料光的折射實(shí)驗(yàn)：如圖所示，讓窄光束由空氣斜射向玻璃表面，觀察入射光的反射和折射情況．折射定律由實(shí)驗(yàn)可見，光從空氣射到玻璃上，在界面上一部分光發(fā)生反射，回到空氣中；另有一部分光射入玻璃中，并改變了原來的傳播方向．光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象，叫光的折射．在右圖中，入射光線和法線間的夾角θ1叫做入射角，折射光線和法線間的夾角θ2叫做折射角．在初中已經(jīng)學(xué)過，折射光線和入射光線和法線在同一平面內(nèi)，折射光線和入射光線分別位于法線的兩則，但是入射角和折射角之間究竟有什么定量的關(guān)系呢？人類從積累入射角和折射角的數(shù)據(jù)到找到兩者之間的定量關(guān)系，經(jīng)歷了一千多年的時(shí)間．直到1621年，荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅耳才終于找到了入射角和折射角之間的規(guī)律：入射角的正弦和折射角的正弦成正比，如果用n來表示這個(gè)比例常數(shù)，就有=n ①這就是光的折射定律，也叫斯涅耳定律．如果讓光線逆著原來的折射光線射到界面上，光就逆著原來入射光線發(fā)生折射．如在圖中，讓入射光線在玻璃中沿著BO入射到界面上，光就沿著OA在空氣中發(fā)生折射．這就是說，在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的．公元140年，希臘天文學(xué)家托勒密曾經(jīng)認(rèn)為，入射角θ1和折射角θ2之間存在著簡單的正比關(guān)系，并且用實(shí)驗(yàn)方法求出光從空氣射入水中時(shí)θ2=0．7θ1，從空氣射入玻璃時(shí)θ2=0．67θ1，從水射入玻璃時(shí)θ2=0.88θ1．但是，由此計(jì)算出來的折射角，只對比較小的入射角才大致與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相等，當(dāng)入射角增大時(shí)，就不符合了．下表列出的是光由空氣射入玻璃時(shí)入射角與折射角的一組數(shù)值．從這些數(shù)據(jù)可以看出，入射角和折射角之間并不存在簡單的正比關(guān)系．為了研究折射角與入射角的定量關(guān)系，科學(xué)家作了多方面的嘗試．直到1621年，斯涅耳才終于找到了這個(gè)關(guān)系．折射率光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時(shí)，雖然入射角的正弦和折射角的正弦之比為一常數(shù)n，但是對不同的介質(zhì)來說，這個(gè)常數(shù)n是不同的．例如，光從空氣射入水中時(shí)，這個(gè)常數(shù)約為1.33；光從空氣射入玻璃時(shí)．這個(gè)常數(shù)約為1.50，可見這個(gè)常數(shù)n跟介質(zhì)有關(guān)系，是一個(gè)反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量．常數(shù)n越大，光線偏折得越厲害．物理學(xué)中把光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，入射角θ1的正弦與折射角θ2的正弦之比n，叫做這種介質(zhì)的折射率．研究表明，光在不同介質(zhì)中的速度不同．這也正是光發(fā)生折射的原因：某種介質(zhì)的折射率等于光在真空中的傳播速度c跟光在這種介質(zhì)中的傳播速度v之比，即n=c/v ②由于光在真空中的傳播速度c大于光在任何其他介質(zhì)中的傳播速度v，所以任何介質(zhì)的折射率n都大于1．光從真空射入任何介質(zhì)時(shí)，sinθ1都大于sinθ2，即入射角大于折射角．光在真空中的速度跟在空氣中的速度相差很小，通常情況下可以認(rèn)為光在空氣射入某種介質(zhì)時(shí)入射角的正弦與折射角的正弦之比就是那種介質(zhì)的折射率，下表列出了幾種介質(zhì)的折射率．幾種介質(zhì)的折射率金剛石2.42二硫化碳1.63玻璃1.5-1.9水晶1.55巖鹽1.55酒精1.36水1.33空氣1.00028絕對折射率和相對折射率在折射現(xiàn)象中，光通過兩種介質(zhì)，所以折射率與這兩種介質(zhì)有關(guān)系．設(shè)光由介質(zhì)1射入介質(zhì)2，這時(shí)的折射率確切地說應(yīng)叫做介質(zhì)2對介質(zhì)1的相對折射率，通常用n21表示．例如玻璃對空氣的相對折射率是1.50；水對空氣的相對折射率是1.33．因此，①式應(yīng)該確切地寫成sinθ1/sinθ2=n21 ③光從真空射入某種介質(zhì)時(shí)的折射率，叫做該種介質(zhì)的相對折射率，簡稱為某種介質(zhì)的折射率，通常用n表示．前面課本文中講的某種介質(zhì)的折射率，就是指這種介質(zhì)的絕對折射率．介質(zhì)的折射率跟光在介質(zhì)中的傳播速度有關(guān)．設(shè)光在介質(zhì)1中的傳播速度為v1，在介質(zhì)中的傳播速度為v2，介質(zhì)2對介質(zhì)1的相對折射率為n12，則有n21=v1/v2，n12=v2/v1 ④由上式可以看出n21= ⑤空氣中的光速可以認(rèn)為等于真空中的光速，因此空氣的絕對折射率可以認(rèn)為是1，某種介質(zhì)對空氣的相對折射率可以認(rèn)為等于這種介質(zhì)的絕對折射率．由折射率與光速的上述關(guān)系，可以求得絕對折射率和相對折射率的關(guān)系：n21===n2/n1 ⑥其中，n1和n2是介質(zhì)1和2的絕對折射率．知道了絕對折射率和相對折射率的關(guān)系后，④式可寫成=n21=由此得n1sinθ1=n2sinθ2 ⑦根據(jù)⑦式可以知道，如果使光線逆著原來的折射光線由介質(zhì)2射到界面上，即入射角為θ2，在介質(zhì)1中光線將逆著原來的入射光線發(fā)生折射，即折射角等于θ1，就是說，在折射現(xiàn)象中光路是可逆的．由此，你能否判斷，當(dāng)光線由某種介質(zhì)射入真空（或空氣）時(shí)，折射角與入射角哪個(gè)大？海市蜃樓現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)演示海市蜃樓現(xiàn)象