4.1光的折射（教學設(shè)計）高二物理（人教版2019選擇性）

4.1光的折射教學設(shè)計備課人學科物理課題4.1光的折射教學內(nèi)容分析本節(jié)教材對光的反射知識作了簡單的回顧，這部分內(nèi)容學生在初中已有所學習。本節(jié)的重點是光的折射定律和折射率的測定，教學中要給予充分重視。教學中要求學生能在折射實驗現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，經(jīng)過分析和推理得出定性結(jié)論；再通過實驗探究，分析實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)特點和規(guī)律，得出定量結(jié)論，從而培養(yǎng)學生科學思維和科學探究的能力。本節(jié)內(nèi)容是第2節(jié)“全反射”的基礎(chǔ)。教材首先以射水魚為情境，引出光的折射的概念。接著通過折射實驗，觀察入射角和折射角的大小和動態(tài)變化情況，引導(dǎo)學生對物理現(xiàn)象進行簡單的分析和推理，構(gòu)建物理模型。通過對數(shù)據(jù)的定量研究，得到折射定律并介紹折射率這個反映介質(zhì)光學性質(zhì)的物理量。最后，教材通過一來落實折射率公式的應(yīng)用，加深對折射率公式的理解。學情分析學生在初中已經(jīng)學過光的反射和折射，但沒有深入學習過光的折射所遵循的定量關(guān)系。學生已具備一定的實驗操作技能，對物理學的研究方法已有一定的了解，在自主學習、合作探究等方面的能力有了一定的.提高。對于本節(jié)課的教學中學生可能會出現(xiàn)的思維障礙與困惑是：因為，所以入射角的正弦與折射角的正弦之比都大于1。要解決這個問題，比較好的辦法是通過實驗讓學生切身感受到在光的折射現(xiàn)象里，光路是可逆的，當光由介質(zhì)射入空氣時入射角的正弦與折射角的正弦之比反而小于1。教學目標1.認識光的反射及折射現(xiàn)象，知道法線、入射角、反射角、折射角的含義。2.通過實驗探究，理解折射率的概念和光的折射定律。3.會測量玻璃等材料的折射率，通過實驗體會光線模型的建構(gòu)過程。教學重難點1.教學重點：折射定律的應(yīng)用。折射率的測量。2.教學難點：折射定律與光路可逆原理相結(jié)合的應(yīng)用教學過程教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動設(shè)計意圖新課導(dǎo)入播放視頻：觀察以下視頻，你知道射水魚在水中能準確射中水面上不遠處的小昆蟲。水中的魚看到小昆蟲在什么位置？是在昆蟲的上方還是下方？然后提問：為什么泳池水看起來比實際的淺呢？海市蜃樓是怎么形成的？光的折射學生根據(jù)初中所學知識回答時光的折射。利用學生所學知識激發(fā)學生興趣。新課教學一、折射定律（一）光的反射提問：陽光照射水面時，我們能夠看到水中的魚和草，同時也能看到太陽的倒影，這說明什么？在學生回答基礎(chǔ)上總結(jié)：光從第1種介質(zhì)射到該介質(zhì)與第2種介質(zhì)的分界面時，一部分光會返回到第1種介質(zhì)，這個現(xiàn)象叫作光的反射。然后提問：光的反射有什么規(guī)律？在學生回答基礎(chǔ)上總結(jié)反射定律：（1）反射光線與入射光線、法線在同一平面（2）反射光線和入射光線分居法線兩側(cè)（3）反射角等于入射角（二）實驗演示演示實驗，認真觀察實驗，光從玻璃中入射到空氣中，發(fā)生了什么現(xiàn)象？一部分反射了反射，一部分傳播到空氣中然后提問：光的折射有什么規(guī)律？（三）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，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。2.光的折射定律（1)折射光線、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）當光從空氣斜射入玻璃中時，折射角小于入射角（4）當光從玻璃斜射入空氣中時，折射角大于入射角（5)當入射角增大時，折射角也隨著增大然后提問：入射角與折射角有什么定量關(guān)系呢？然后展示：以光從空氣射入玻璃為例，折射角和入射角的關(guān)系然后提問：如果將玻璃換成其它介質(zhì)，入射角和折射角的正弦之比是否具有相同的結(jié)論？然后展示以下圖片：折射定律：1621年，荷蘭數(shù)學家斯涅耳在分析了大量實驗數(shù)據(jù)后，找到了兩者之間的關(guān)系，并把它總結(jié)為光的折射定律。入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比，即:學生回答光的反射學生總結(jié)光的反射規(guī)律學生觀察實驗并總結(jié)折射規(guī)律學生觀察數(shù)據(jù)并回答：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比學生觀察回答其他介質(zhì)也滿足該規(guī)律。學生閱讀歸納折射定律回顧光的反射，讓學生學習回顧，激發(fā)學生興趣。利用實驗讓學生關(guān)注學習內(nèi)容利用數(shù)據(jù)讓學生觀察，鍛煉學生總結(jié)歸納能力。歸納總結(jié)能力二、折射率思考與討論展示以下圖片。然后提問你還能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？常數(shù)與介質(zhì)有關(guān)系，是一個反映介質(zhì)的光學性質(zhì)的物理量。常數(shù)越大，光線以相同入射角從真空斜射入這種介質(zhì)時偏折的角度越大。（二）折射率1.定義：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種介質(zhì)的絕對折射率，簡稱折射率。用符號n表示。2.定義式:說明：（1）n的大小與θ1和θ2無關(guān)，與介質(zhì)和入射光的頻率有關(guān)，對于確定的介質(zhì)，n是定值，不能說n∝sinθ1或n∝1/sinθ2（2）折射率無單位，任何介質(zhì)的折射率皆大于1。（3）折射率反映介質(zhì)對光的偏折作用，n越大光線偏折越厲害。(4)光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時,折射角與入射角的大小關(guān)系不要一概而論,要視兩種介質(zhì)的折射率大小而定。(5)當光從折射率小的介質(zhì)斜射入折射率大的介質(zhì)時,入射角大于折射角,當光從折射率大的介質(zhì)斜射入折射率小的介質(zhì)時,入射角小于折射角。學生觀察并總結(jié)規(guī)律學生總結(jié)歸納折射定律內(nèi)容鍛煉學生從多角度觀察問題能力讓學生學會應(yīng)用折射率的內(nèi)容。三、實驗：測定玻璃的折射率（一）實驗思路玻璃是一種透明介質(zhì)，光從空氣入射到玻璃的界面上會發(fā)生折射，如何把玻璃的折射率測出來？在學生總結(jié)基礎(chǔ)上回答實驗思路：選取一塊玻璃磚按在白紙上，作出玻璃磚的輪廓，然后作出入射玻璃磚的光線和出射玻璃磚的光線，最后連接入射點和出射點的光線，這就是折射光線。最后測出入射角和折射角的大小，代入公式就可以得出答案。如何作出入射光線和出射光線？在白紙上畫一條直線aa′，并取aa′上的一點O為入射點，作過O的法線NN′，畫出線段AO作為入射光線，并在AO上插上P1、P2兩根大頭針，在白紙上放上玻璃磚，使玻璃磚的一條長邊與直線aa′對齊，并畫出另一條長邊的對齊線bb′，再在另一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3、P2、P1的像，記下P3、P4位置；（二）實驗步驟請設(shè)計出實驗方案，并與其他同學交流？學生總結(jié)分享，在學生分享基礎(chǔ)上讓學生觀察規(guī)范視頻。（三）數(shù)據(jù)分析如何進行數(shù)據(jù)分析才能得出結(jié)論？1．平均值法算出不同入射角時的比值，最后求出在幾次實驗中所測的平均值，即為玻璃磚的折射率。2．圖象法以sinθ1值為橫坐標、以sinθ2值為縱坐標，建立直角坐標系，如圖1所示。描數(shù)據(jù)點，過數(shù)據(jù)點連線得一條過原點的直線。求解圖線斜率k，則，故玻璃磚折射率。3．作圖法在找到入射光線和折射光線以后，以入射點O為圓心，以任意長為半徑畫圓，分別與AO交于C點、OO′(或OO′的延長線)交于D點，過C、D兩點分別向NN′作垂線，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的長，如圖2所示。由于，，且CO＝DO，所以折射率。（四）注意事項做該實驗時需要注意什么事項？(1)實驗時，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間，P2與O點之間，P3與P4之間，P3與O′點之間距離要稍大一些。(2)入射角θ1應(yīng)適當大一些，以減小測量角度的誤差，但入射角不宜太大，也不宜太小。(3)在操作時，手不能觸摸玻璃磚的光潔面。更不能把玻璃磚界面當尺子畫界線。(4)在實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。(5)玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的，宜在5cm以上。若寬度太小，則測量誤差較大。哪些原因會導(dǎo)致實驗有誤差？(1)入射光線和出射光線確定得不夠精確，因此要求插大頭針時，兩大頭針間距應(yīng)適當大一些。(2)入射角和折射角的測量造成誤差，故入射角應(yīng)適當大些，以減小測量的相對誤差。學生設(shè)計自己的實驗思路，在分享與交流中完善實驗思路。學生設(shè)計入射光線和折射光線的做法并與其他人交流。完善實驗思路并與其他同學交流，然后觀看視頻。學會提出自己數(shù)據(jù)分析方案并與其他同學交流。學生回答注意事項學生進行誤差分析體現(xiàn)與學生交流與分享中優(yōu)化實驗思路，培養(yǎng)學生學會用所學知識設(shè)計實驗驗證。體現(xiàn)與學生為主體的教育不斷優(yōu)化實驗設(shè)計，加深對折射定律的理解。學會分析實驗數(shù)據(jù)加深學生對實驗規(guī)范操作的理解。課堂總結(jié)板書設(shè)計第1節(jié)光的折射作業(yè)設(shè)計作業(yè)分為兩塊，一是課堂練習，旨在對本堂課學習中動量的概念和實驗思路進行檢測，一是分層練習，分層次的訓練學生對知識的掌握情況。教學反思與評價在本節(jié)課的教學中，我通過發(fā)現(xiàn)問題——觀察猜想——實驗探究——討論交流——思維拓展——實際應(yīng)用的方式，得出光反射時的規(guī)律并加以初步應(yīng)用。在探究過程中，重點探究“反射角與入射角的關(guān)系”,實驗?zāi)康拿鞔_，避免了學生的盲目性；較好地突破了探究過程中“怎樣顯示光路?”“如何設(shè)計并進行實驗?”兩個難點，鍛煉了學生的動手動腦能力，也給學生提供了展示自我的機會，學生的個性得到一定張揚，同時學生初步感受到了探究的樂趣，嘗到了探究成功的喜悅，體驗到了光反射時的對稱與和諧，絕大部分同學完成了實驗，教學目標達成度較高。