2019-2020学年高中物理下学期第八周 光的折射定律教学设计.doc

2019-2020学年高中物理下学期第八周 光的折射定律教学设计课题第一节 光的折射定律课时考点、知识点1. 折射定律 2.折射率学习目标(1)知道以下概念：光的折射现象、折射光线、折射角。(2)理解光的折射规律。(3)理解光路的可逆性在折射现象中也存在。(4)能举例说明生活中的折射现象。重、难点重点 光的折射规律。 难点 用光的折射规律解释有关现象。 学习环节和内容学生活动建议教师活动建议调整记录环节一、实验探究：光的折射规律1引入课题 问题一：展示视频“海市蜃楼”，观察教科书图4-4-1 。它们是怎样形成的？ 问题二：放大镜为什么能起放大作用？ 问题三：前面学了平面镜成像的例子，如水中倒影，是由于光从空气射向水面，又反射回到空气中，进入人眼形成的像。但水中倒影比物体本身更暗淡，为什么呢？ 2教师演示图4-4-2（可往水中加点墨水或牛奶，增强可视性），要求学生填空。课件呈现(1)观察到的现象光的传播方向在水面发生突变。 同时出现反射现象和折射现象。 入射光线分解为反射光线和折射光线（进入人眼的是反射光线，弱于入射光线，故看起来偏暗）。(2)相关名称 3实验探究：光的折射规律 参考教科书（无玻璃砖者可选此)。 (1)器材：小激光光源、半圆形玻璃砖、量角器、直尺。 (2)要求学生带着下列问题去观察： 光的传播方向改变吗（若不改变，光路应为AOA方向)？ 与OA相比，折射光线是偏离还是靠近法线？ 使入射角增大，则折射角如何变化？入射角减小呢？ (3)由学生上台演示图4-4-3实验三次，教师指导学生如何操作，引导台下学生观察、思考，得出结论。 4由教师引导学生仿照光的反射定律，总结出光的折射规律(1)三线关系：折射光线与入射光线、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的两侧（法线居中）。(2)二角关系：光从空气斜射入玻璃或其他介质时，折射光线靠近法线折射，折射角小于入射角（往往不相等)。(3)因果关系：折射角随入射角同方向变化。 5发散、深化提问：上面讲的是光从空气进入玻璃中，是斜射。若直射（垂直入射）呢？ 环节2、通过体验由折射引起的错觉，认识光路的可逆性在折射现象中的存在1引导学生阅读教科书中图 2出示装有一条小鱼的大烧杯，让学生进行观察与操作。(1)从侧面和上面观察鱼，对比鱼的大小的不同。结论：从侧面看，鱼更大（原因以后再讲）。 (2)让学生用铅笔模仿猫去“刺”鱼。 结论：鱼看起来的位置比实际位置更浅，是虚像（可讨论问题：“眼见”一定“为实”吗）。 提出问题：为什么会出现上述现象？ 3讨论交流：折射现象中光路的可逆性。 (1)讨论导引导引 1：人透过空气看树木，是树木反射的光从树木沿直线进入人眼。 导引 2：人通过水面看岸边树木，光从树木到水面发生反射，进入人眼。但人还是习惯地以为光是从水中树木的倒影处沿直线进入人眼的。 即：我们总是依照光射来的直线方向去判断光源的位置。 (2) 在教科书图中，眼看鱼，光从鱼处出发，进入人眼，即光从水到空气中发生折射（与实验探究的光从空气进入水中的折射的情况相反)。 环节三 、强调光路的可逆性 在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的。当光由空气进入玻璃，发生折射现象时，如图1中光路反向，有： =n1,故ir。即当光由真空或空气进入其它媒质时，入射角大于折射率。当一束光沿CO入射时，其中一部分光将沿AO折射。所以光从某种媒质射入真空或空气时，折射角大于入射角。环节四 介绍视深和视高1、 视深公式:如图2所示，一个物点位于折射率为n的媒质中h0深处，当在媒质界面正上方观察时，物体的视深为：h=。 略证：根据光路可逆和折射定律：n=一般瞳孔的线度d=23毫米，因此i和r都非常小，则 sinitgi=,sinrtgr=。故有n=可见：视深比实深小。2、 视高公式:如果从折射率为n的媒质中，观察正上方距液面 高为h0的物点，则视高为h=nh0。略证：如图3所示，根据折射定律有n= 图 2i、r很小，故近似有: sinitgi= h=h0sinrtgr=可见：视高比实高大。 3、视深与视高公式的应用：利用视深与视高公式，不仅可以极为简捷地测定媒质的折射率，而且还可以很方便地分析和解决与视深 图 3和视高有关的各种问题。环节六 训练强化 如图4所示，紧贴矩形玻璃砖右端插一颗大头针，在距左端l1=3厘米的O处观察大头针D的像D。若测出像距右端l2=4厘米，玻璃砖厚度L14厘米。试估算玻璃砖的折射率。 解析：根据视深公式 h=。h0L，h=Ll2， 所以玻璃砖的折射率为 n=1.4 可见视深和视高都与观察点的位置无关（只要垂直观察），观察点到界面的距离l1是多余的无关条件。作业：点睛配套练习情景引入，激发学生思考学生观察，教师引导。学生观察、记忆师生互动，总结归纳学生训练教师组织学生，完成练习，并展示练习结果，总结评价课题第二节 测定玻璃砖的折射率课时考点、知识点2. 折射定律 2.折射率学习目标通过工实验测定玻璃砖的折射率重、难点重点：做好光路图难点：实验误差的分析学习环节和内容学生活动建议教师活动建议调整记录环节一 自主学习一、实验目的测定玻璃的折射率二、实验原理用插针法确定光路，找出与入射光线相对应的玻璃中的折射光线，用量角器测出入射角i和折射角r，根据折射定律计算出玻璃的折射率nsin i/sin r.三、实验器材两对面平行的玻璃砖一块，大头针四枚，白纸一张，直尺一把或三角板一个，量角器一个环节二 疑难探究突破一、实验步骤1先在白纸上画一条直线EE，代表两种介质的分界面；再画出一直线段AB代表入射光线；然后画出分界面上B点处的法线NN，如图421所示测定玻璃的折射率图4212把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与EE对齐用直尺或三角板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动，将玻璃砖取下，画出直线FF代表玻璃砖的另一边3在直线AB上竖直地插上两枚大头针G1、G2，放回玻璃砖，然后透过玻璃砖观察大头针G1、G2的像，调整视线方向，直到G1的像被G2挡住4再在观察的这一侧竖直地插上两枚大头针G3、G4，用G3挡住G1和G2的像，用G4挡住G3以及G1、G2的像5移去大头针和玻璃砖，过G3、G4的插点画直线CD，与FF相交于C点，直线CD就表示沿直线AB入射的光线透过玻璃砖后的光线连接BC，BC就是玻璃砖内折射光线的路径6用量角器测出入射角i和折射角r，从三角函数表中查出它们的正弦值7通过上面的步骤分别测出入射角为15、30、45、60、75时的折射角，并查出它们相应的正弦值二、数据处理及误差分析此实验是通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代入n中求玻璃的折射率除运用此方法之外，还有以下处理数据的方法1处理方法一在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，与OO(或OO的延长线)交于D点，过C、D两点分别向NN作垂线，交NN于C、D，用直尺量出CC和DD的长如图422所示图422由于sin i，sin r，而CODO，所以折射率：n1.重复以上实验，求得各次折射率计算值，然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值2处理方法二根据折射定律可得n.因此有sin rsin i.根据所量得的角度的正弦值作出sin rsin i图像，如图423所示，则图线的斜率的倒数即为折射率这样也可以减小误差图423设斜率为k，则k，所以n.三、注意事项1实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，同侧两针之间的距离要稍大些2入射角应适当大些，以减小测量角度的误差，但也不宜太大，入射角太大，在玻璃砖的另一侧会看不清大头针的像3操作时不要用手触摸玻璃砖的光滑光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线4在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变5玻璃砖应选择宽度较大的，一般要求在5 cm以上，若宽度太小，则测量误差较大6入射点应尽量靠近玻璃砖上界面的左侧，使之在玻璃砖的另一侧能够找到对应的出射光线环节三 精析 典型例题感悟实验探究1实验原理及数据处理用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓如图424甲所示(O为两圆弧圆心，图中已画出经过P1、P2点的入射光线)(1)在图上补画出所需的光路；(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图中的AB分界面上画出这两个角；(3)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图424乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n_.图424【解析】(1)连接P3、P4与CD交于一点，此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置，又由于P1、P2的连线与AB的交点即为光线进入玻璃砖的位置，连接两点即可作出玻璃砖中的光线，如图所示(2)连接O点与光线在AB上的入射点即为法线，作出入射角和折射角如图中i、r所示(3)图像的斜率kn，由题意乙可知斜率为1.5，即玻璃的折射率为1.5.【答案】(1)见解析图(2)见解析图(3)1.5某同学由于没有量角器，在完成了光路图以后，以O点为圆心，10.00 cm长为半径画圆，分别交线段OA于A点，交O和O连线延长线于C点，过A点作法线NN的垂线AB交NN于B点，过C点作法线NN的垂线CD交NN于D点，如图425所示，用刻度尺量得OB8.00 cm，CD4.00 cm，由此可得出玻璃的折射率n_.图425【解析】sin 1AB/AO，sin 2CD/OC，而nsin 1/sin 2，因为AOOC，所以nAB/CD /41.5.【答案】1.5实验探究2实验误差的分析在利用插针法测定玻璃折射率的实验中：(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa和bb后，不小心碰了玻璃砖使它向aa方向平移了少许，如图426所示则他测出的折射率将_(填“偏大”“偏小”或“不变”)；(2)乙同学在画界面时，不小心将两界面aa、bb间距画得比玻璃砖宽度大些，如图426乙所示，则他测得的折射率_(填“