光的折射和透镜成像教材分析和教法建议.doc

光的折射和透镜成像教材分析和教法建议 有关光的反射的知识，内容本身比较简明，又有初中的基础，学生学习时并不感到困难光的折射的知识，初中学习的内容是很粗浅的，到这里要进一步深化，学生学习时就会有些困难了，主要反映在折射率概念的理解、产生全反射的条件和透镜成像的计算上因此，本单元知识既是全章的重点，也是难点，教学中要充分重视（1）折射定律在初中是作为实验的结论提出来的，定律没有讲入射角的正弦跟折射角的正弦成正比，只是说人射角与折射角哪个大现在，教材中简要地介绍了折射定律发现的过程，通过史料的学习可以使学生认识到科学上的发现，是经过曲折艰辛的过程的，培养学生为科学献身的精神同时，也可以启发学生遵循人类认识发展的规律去学习物理定律实践假设再实践修正假设，认识得到发展通过定律发现历史的讲述，还会使定律在学生脑中留下深刻的印象课文中图7-19画的是光的折射，没有画出反射光线，事实上一束光射到介质表面，其能量会分配成入射和折射两部分可以让学生了解，对不同的入射角，能量分配比例也不同比如光由空气射到玻璃表面时能量分配情况如下表：（2）折射率是掌握折射定律的关键，也是难点学生感到难，是因为没有弄清掌握折射率的几个层次，即1）当光由真空射入水中时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但是正弦值之比却是个常数2）对不同的介质，比如光由真空射入玻璃时，入射角的正弦跟折射角的正弦之比也是个常数，此常数与光由真空射入水时的那个常数是不同的不同的介质具有不同的常数，说明常数反映着介质的光学一点，由于学生的知识准备不够，很难讲清它的道理，不必做进一步的讲解（3）阅读材料光在大气中的折射，可以给学生增加一点常识，同时也是折射规律的应用实例在阅读时要给学生一些指导，对书上插图可补充两点：光路弯曲是由于折射，在图中画出法线就一目了然了（见图7-5甲）；人眼根据经验，总是逆着光线方向去寻找发光的天体，认为天体是在MS方向上为了帮助学生理解可画辅助图7-5乙小实验，可留给学生课下做，露出水面部分在水中的像往往不太清重合本实验原理要运用反射与折射的规律，是个很有物理意义的实验实验中由于读数不易准确，误差可能较大（4）全反射现象在生活中常会遇到，要让学生认识并掌握全反射现象产生的条件：一是光由光密介质进入光疏介质，二是入射角大于（或等于）临界角教学中首先要让学生正确理解“光密”和“光疏”的概念，不但要了解“密”与“疏”是相对而言的，还要让学生知道不能把光密与光疏跟介质密度的大小混同起来，例如酒精对水来说是光密介质，它的密度却比水小其次，要让学生正确理解临界角的概念为此，必须把演示实验做好，给学生留下深刻的印象不但要让学生看到，折射角随入射角的增大而增大，入射角增大到某一角度时，折射角达到最大值（90），再增大入射角，光疏介质中就没有折射光了，还要让学生看到，随着入射角和折射角的增大，反射光不断增强，折射光不断减弱，当折射角接近90时，折射光急剧减弱（直到为零），反射光急剧增强（直到跟入射光强度相等）在学生理解并掌握了全反射现象及其产生的条件后，可以举出一些现象让学生运用全反射的知识进行分析解释，例如，草叶上的露珠在阳光照射下晶莹透亮，空试管放在盛水的烧杯中，会看到试管壁很明亮，等等光导纤维是全反射的实际应用，虽然是选学内容，但与现代科学技术的发展关系密切，在课时允许的条件下，还应该讲一讲教学中要注意讲清传光束与传像束的区别，前者只能传光，后者才能传像在讲传像原理时，要注意讲清每根光纤只传送一个“像素”，多个像素集合起来才形成完整的像，输入端和输出端像素必须是一一对应的才能传像，所以传像束两端排列的相对位置是相同的（5）学生实验：测定玻璃的折射率，这是几何光学部分的基本实验之一本实验的设计是比较巧妙的，需要提醒学生的是：大头针P3、P4和大头针P1、P2重合，是看玻璃砖里的那一截，不是看玻璃砖上方大头针的头部必须把玻璃砖的折射面aa（和bb）画准确，法线NN才能准确，入射角和折射角的测量才能准确另外，大头针要插直，不能歪斜观看时用一只眼睛（另一只最好闭上）（6）棱镜作为一种光学元件，可用来改变光路（如全反射棱镜），也是分光镜中的主要元件讲解棱镜的另一个目的是为讲透镜的折光作准备要让学生抓住棱镜控制光路的要点：光线向底面偏折；虚像向顶角偏移建议把棱镜光路图改画成如图7-6甲，使学生对“底面”、“顶角”有个灵活的看法对棱镜成虚像的光路图（图7-6乙）要作点说明：从光源一点S发出的光线中选出两条作为入射光线，这两条光线的入射角不同，折射后将更加分开，从棱镜射出的两条光线肯定是不相交的但它们的反向延长线交于S，S就是S经棱镜所成的虚像还要让学生了解，全反射棱镜和平面镜在改变光路方面，效果是相同的可是，利用平面镜反射时，其玻璃表面和镀层表面都要产生反射，会使所成的像模糊些，并且在镀层表面会有一定的光能被吸收所以全反射棱镜优于平面反射镜（7）折射与光的色散，是从折射的角度，介绍了白光经过三棱镜后会发生色散形成光谱；到“光的干涉”部分时，再介绍不同色光的频率和波长；然后在“光谱”一节再介绍分光镜的光路图和有关光谱的基础知识这三部分内容是互相联系的讲授光的色散是为以后讲光的波长、频率和光谱的知识做准备教学中可先通过演示实验观察光的色散现象，再通过分析说明各色光的偏向角不同反映了玻璃对各色光的折射率的不同，从而得出不同色光在玻璃中的传播速度是不同的得出结果后可列出下表：（8）透镜高中阶段，透镜成像作为几何光学的重点基础知识来要求，尤其是对凸透镜成像问题，作了较完整的研究教学中要以这一安排为依据，让学生用较多的精力来学习这部分知识凸透镜对光线起会聚作用、凹透镜对光线起发散作用，这也是有条件的，即制作透镜所用材料的折射率比它周围介质的折射率大，如玻璃透镜在空气中反之，如果制作透镜的材料的折射率比周围介质的折射率小假如玻璃中有个透镜状的空气泡，那么其会聚和发散作用就正好跟前面讲的相反了这是由光的折射规律所决定的提醒这点可避免看问题绝对化焦距，反映了透镜的光学特性透镜的凸凹对应了焦点的实虚和焦距的正、负焦距越短，说明透镜的会聚或发散本领越大，光通过透镜时其方向偏折得越厉害用实验来研究凸透镜的成像情形把课本当作凸透镜直立在讲台上，让学生根据平日的照相、放幻灯和电影，或者初中学习过的知识、本单元教材预习留下的印象等，叙述“物体在哪里，底片（幕、屏）应放在哪里，像的大小、正倒、虚实”，并互相纠正补充，教师先不作结论，由实验来验证为了突出物距2f（两倍焦距）点的重要性，实验由u=2f时，v=2f（物像分居两侧、等大、倒立、实像）开始v2f，则v在2f与f之间；2fuf，则u2f；当u=f时，屏上一片明亮；再向里移，uf，则由透镜中可看到放大虚像强调：焦点是像的虚实的分界点；2f点是实像大小的分界点（学生动手，加强指导）学生常常把面镜成像和透镜成像混淆，要让学生找出它们之间的区别异同：根本区别是面镜由反射成像，透镜由折射成像凹面镜与凸透镜都有会聚光线的作用，都能生成实像（放大、相等、缩小）；但凹面镜的实像与物在镜同侧（反射光线会聚而成）、凸透镜的实像与物在透镜两侧（折射光线会聚而成）凸面镜和凹透镜都有发散光线的作用，都能成虚像凸面镜是物放镜前，眼睛从镜中可见物的虚像；凹透镜则眼睛隔着它看物体，看到的是物体的缩小、移近的虚像，等等课本的图7-43和第八节最末一段课文是透镜成像的定性分析的总结，要让学生认真阅读（9）作图法是解决透镜成像问题的主要方法之一教学中应该注意，不要把作图法当成死板的规则来教，应该注意培养学生分析和思考问题的方法要着重让学生了解，只要选取两条由物发出的、经透镜折射后其光路为已知的入射光线，就可以求出物体的像然后从光心和焦点的特性出发，确定可供选取的三条特殊光线，就可以让学生进行作图练习了在作图中学生常犯的错误有：透镜有两个焦点，作图中选用哪个焦点，分不清尤其是凹透镜作图，学生很容易弄错要让学生注意；如图7-7甲所示的平行入射的光线，经凹透镜折射后散开，其反向延长线过虚焦点；向着虚焦点射来的光线（图7-7乙），经透镜折射后发散（过不了焦点了），变成跟主轴平行的光线分不清哪两条光线相交才成像，以致出现“大像、小像”的错误，如图7-8甲，把A2B2也认作是AB的像因此讲成像时要强调“从一点发出的光，经折射后聚成一点”，A2、B2是分别从A、B两点发出的光折射后相交的点，它既不是A点的像，也不是B点的像开始讲作图法时，给光束画上辅助线示意（图乙）更直观鲜明事实上A1是从A发出的光透过整个镜面后会聚而成的，就是用硬纸板把透镜挡去一半，像A1依旧存在、位置不变（亮度要减弱）光路不标箭头，实线虚线不分，光路图画得不整洁，不合规格，这都是学生常犯的毛病，必须从开始学习作图时就严格要求，教师也要处处示范，学生才能养成良好习惯（10）透镜成像公式的教学，可以根据学生的情况，灵活处理，学生基础较差时，可由教师讲解，或在教师启发下，引导学生按照课本上的叙述导出公式如果学生自己可以看懂课文的叙述，教师再复述一遍，必然引不起学生的兴趣因此，可以让学生画凸透镜成虚像的光路图（即初中讲过的放大镜光路图），然后由此推导公式（图7-9甲）通过推导过程让学生领会：当凸透镜成实像时，v取正值；成虚像时，v取负值（v=-|v|）还可以同时让一些学生按凹透镜成像光路图进行推