人教版选修34 光的反射和折射 第1课时 教案.docx

第一节 光的反射和折射教学目标：1、知识目标（1）认识光的反射及折射现象，知道法线、入射角、折射角的含义。（2）理解折射定律，会利用折射定律解释相关光现象和计算有关问题。（3）理解折射率的概念，会测定玻璃的折射率。2、能力目标（1）会用反射定律解释有关现象和处理有关问题.（2）会用折射定律计算有关的问题，能理解折射率与光速的关系，并能用来进行有关的计算.3、德育目标（1）通过观察演示实验，培养学生的观察、概括能力，通过相关物理量变化规律的教学，培养学生分析、推理能力.（2）渗透物理研究和学习的科学态度教育.教学重点：光的折射定律.折射率概念.教学难点：光的折射定律和折射率的应用.教学方法：本节课成功的关键在于做好实验.通过实验先定性观察再定量测量，引导学生对测量数据进行分析、归纳.再来领略前人所做的思考从而领会数据分析的几种常用方法比值法、乘积法、加减法、图象法等，为学生今后对实验数据的处理打开思路.最后通过例题练习巩固所学内容.教学过程：（一） 引入有一年冬天的时候，内蒙古阿尔山地区出现了三个太阳（观看视频）。当时好多人疑心天象有变，是不是有什么征兆。这到底是什么原因呢？其实这是一种简单的光学现象。今天，就让我们一起来学习一下光学。先来看一下这张图片，是当时出现3个太阳时所拍，拍下了6个太阳，你能用初中学过的知识解释一二吗啊？实验验证。（二）新课一、反射定律水面上的3个太阳，他们是镜面反射形成的。哦，那在什么情况下可以发生光的反射。光在反射时遵行什么规律呢？演示：光在到达空气和镜面交界面处时，光被反射回空气中，传播方向发生了改变.反射现象：光在从一种介质进入另一种介质时，光在到达两张介质的交界面处时，一部分光被反射回原来的介质中，这种现象就光的反射。学生边观察边回忆反射定律：转动光具盘以改变入射角，让前排学生读出几组入射角和反射角数据.两者相等.同时提醒学生注意.光具盘面是竖直的，在这个面上同时能看到反射光线和入射光线.说明两线共面，又因为法线也在这个面内.故三线共面.归纳反射定律的内容：三线共面两角相等.反射光路可逆反射分为两种：镜面反射和漫反射。漫反射的定义。比如黑板我们就需要漫反射。不管镜面反射还是漫反射，都满足反射定律。光的反射生活中随处可见。比如照镜子，自行车的尾灯，清洁工人的反光衣服。平镜面成像：1.让学生回忆平面镜成像的特点：正立、等大、异侧、虚像、对称.2.教师简述平面镜成像原理、作图方法并予以示范.a.平面镜成像原理：如图199，光点s入射到平面镜的光线，其反射光线的反向延长线的交点即为s的像，人眼根据光沿直线传播的经验，感觉反射光都是从s发出的.b.平面镜成像作图.讲：两条光线即可确定像点的位置.所以无需多画.步骤是：（1）由对称性确定像点的位置；（2）任意画两条入射光线；（3）过像点作出对应的两条反射光线；（4）若是作物体ab的成像光路图，则只需作出a、b点的成像光路图.连接a、b点即可.为什么小说中经常出现神秘 “黑衣人”。尽量不让光反射，吸收光，这样就不大容易被人发现。二、折射定律演示实验：（录像）折射现象：光从一种介质进入另一种介质中，在两种介质的界面处，传播方向发生改变，这种现象叫光的折射。光在折射中会有什么规律可循呢？演示实验：界面、法线交待；入射角折射角交待。1.实验观察变为看折射光和入射光的相对位置及折射角和入射角关系的观察：a.让学生观察折射光.入射光及界面的法线也是共面的.b.光从空气进入玻璃时，入射角增大.折射角也增大，但入射角始终大于折射角.c.光从玻璃进入空气时, 入射角增大.折射角也增大，但入射角始终大于折射角. 折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧。当光从空气玻璃中时，折射角小于入射角 ；当光从玻璃斜射入空气中时，折射角大于入射角。 当入射角增大时，折射角也随着增大 那么折射角和入射角有什么关系呢？让我们一起来探究一下它们的数据关系。2.定量测量5组数据，仿照课本列出原始数据表（可让前排的学生读取数据.但要先明确法线）3.分析测量数据：（建议入射角分别取10,20,30,40,50,60,70,80）列出入射角和折射角的表格，猜想它们之间的关系。其实不是你们不够聪明，实在是因为入射角和折射角之间的关系太出乎人意料了.人类从积累入射角与折射角的数据到找出两者之间的定量关系，经历了近1500年的时间教师抓住机会教育科学研究是一件很艰苦的工作，需要有持之以恒的毅力和必胜的信念.有时需要几代人的努力.我们要学好物理也需要这样一种恒心和解决困难的勇气.希望大家不畏难，不怕苦，勇于探索，在科学学习之路上能走得很远很远.教师继续实际上在公元1400年，托勒密也曾经认为，入射角与折射角存在着简单的正比关系，但只有对比较小的入射角才大致相符，就像我们刚刚在计算中发现的那样.直到1621年，才由斯涅耳找到了这个关系.这个谜终于被解开了，谜底是入射角的正弦和折射角的正弦成正比. 即=常数.请大家看课本的实验数据及分析.4.师生一起归纳总结折射定律的内容：（1）折射光线与入射光线、法线处在同一平面内；（2）折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；（3）入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即=常数5.折射现象中光路可逆解释当光从空气玻璃中时，折射角小于入射角 ；当光从玻璃斜射入空气中时，折射角大于入射角。 三、折射率n1.折射率的定义教师刚才我们已经知道了.光从空气进入玻璃时，入射角的正弦与折射角的正弦成正比.比值约为1.50.进一步的实验发现.若光从空气进入另一种介质.比如进入水中时，尽管入射角的正弦与折射角的正弦之比仍为常数.但这个常数却不是1.50.而是约1.33,可见这个常数跟介质有关系.它反映了介质的光学性质.我们设想光从空气进入玻璃和光从空气进入水中的入射角都是30，则有：空气玻璃：=1.50 空气水：=1.33显然22，我们画出光路图如图1911甲、乙.可以看到，光从空气进入玻璃时.折射光偏离原来的传播方向更厉害.也就是说，这个比值的大小能反映介质对光的偏折程度，比值越大.表明介质对光的偏折作用越大.我们把这个比值叫做折射率，用n表示.定义折射率n=. 2.对折射率的几点说明a.引导学生看课本加点字对折射率定义的叙述，强调：光从真空进入介质，若光从介质进入真空.则入射角正弦与折射角正弦之比=b.真空的折射率为1，其余物质的折射率均大于1.（空气折射率约为1）3.折射率的决定因素a.光折射的原因是：光在不同介质中的速度不同.做课本后的“做一做”小实验，帮助学生理解这一点b.折射率n的决定式：n=c.n1d.仿照n=可写出相对折射率n21=（五）课堂练习：1.一束光线从空气射入折射率为的介质中，入射角为45，在界面上入射光的一部分被反射，另一部分被折射，则反射光线和折射光线的夹角是()a75b90c105d120解析如图所示，根据折射定律n，则sin2，230，反射光线与折射光线的夹角1804530105，c选项正确答案c2.光从真空射入某介质，入射角1从零开始增大到某一值的过程中，折射角2也随之增大，则下列说法中正确的是()a比值不变b比值不变c比值是一个大于1的常数d比值是一个小于1的常数答案bc解析折射率与介质有关，对于同一束光，介质的折射率不变，即n不变，又n，故n始终大于1.3关于光的反射与折射，以下说法正确的是()a光发生反射时，光的传播方向一定改变b光发生反射时，光的传播方向可能偏转90c光发生折射时，一定伴随着反射现象d光发生折射时，光的传播方向可能偏转90答案abc解析光发生反射时，光的传播方向一定改变，有人认为当入射角为0时，也就是光线垂直界面入射时，反射角为零，光不改变传播方向，而实际上光的传播方向改变了180，选项a正确当入射角为45时，反射角也为45，光的传播方向偏转90，选项b正确光发生折射时，一定伴随着反射现象，c正确；光发生折射时，传播的偏角方向一定小于90，d错误4如果光以同一入射角从真空射入不同介质，则折射率越大的介质()a折射角越大，表示这种介质对光线的偏折程度越大b折射角越大，表示这种介质对光线的偏折程度越小c折射角越小，表示这种介质对光线的偏折程度越大d折射角越小，表示这种介质对光线的偏折程度越小答案c解析由折射定律可知，在入射角相同的情况下，介质的折射率越大，折射角越小，介质对光线的偏折程度越大5关于光的折射现象，下列说法正确的是()a光的传播方向发生改变的现象叫光的折射b折射定律是托勒密发现的c人观察盛水容器的底部，发现水变浅了d若光从空气射入液体中，它的传播速度一定增大答案c6.两束不同频率的单色光a、b从空气平行射入水中，发生了如图1所示的折射现象()下列结论中正确的是()图1a在水中的传播速度，光束a比光束b大b在水中的传播速度，光束a比光束b小c水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小d水对光束a的折射率比水对光束b的折射率大答案ac解析由公式n，可得折射率nanb，c正确，d错误由v，navb，a正确，b错误7在折射现象中，下列说法正确的是()a折射角一定小于入射角b折射率跟折射角的正弦值成反比c入射角增大为原来的2倍，折射角也增大为原来的2倍d折射率大的介质，光在其中传播速度小答案d解析折射角可能小于入射角，也可能大于入射角，例如光从水中射入空气时，折射角就大于入射角，故a错；某种介质的折射率对特定的光是一定的，不随折射角的正弦值的变化而变化，故b错；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，而不是入射角与折射角成正比，故c错；由n知，d正确8光在某种玻璃中的传播速度是108m/s，要使光由玻璃射入空气时折射光线与反射光线成90夹角，则入射角应是()a30 b60c45 d90答案a解析依题意作出光路图如图所示折射角：290901，玻璃的折射率：n.由折射定律知：nsin1sin2，sin(901)cos1，即tan1，得130.故正确选项为a.9如图2所示，光在真空和某介质的界面mn上发生折射，由图可知()图2a光是从真空射入介质的b介质的折射率为c介质的折射率为d反射光线与折射光线的夹角为60答案c解析根据题图可知，入射角为30，折射角为60，反射光线与折射光线垂直，光是从介质射入真空的，折射率n，只有c正确10如图3所示，玻璃三棱镜abc的顶角a为30，一束光线垂直于ab射入棱镜，从ac射出进入空气，测得出射光线与入射光线的夹角为30，则棱镜的折射率为()图3a.b.c.d.答案c解析顶角a为30，则光从ac面射出时，在玻璃中的入射角130.由于出射光线和入射光线的夹角为30，由几何关系可得折射角260.由光路可逆和折射率的定义可知n，c项正确作业：1在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙两位同学在纸上画出的界面aa、bb与玻璃砖位置的关系分别如图4、所示，其中甲同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖他们的其他操作均正确，且均以aa、bb为界面画光路图，则：图4甲同学测得的折射率与真实值相比_(填“偏大”“偏小”或“不变”)乙同学测得的折射率与真实值相比_(填“偏大”“偏小”或“不变”)答案偏小不变解析用题图测定折射率时，玻璃砖中折射光线偏折变大了，所以折射角增大，所测折射率减小；用图测定折射率时，只要操作正确，折射率的测定值与玻璃砖的形状无关2如图5所示，等腰直角棱镜abo的两腰长都是16cm.为了测定它的折射率，将棱镜放在直角坐标系中，使两腰与ox、oy轴重合从ob边的c点注视a棱，发现a点的视位置在oa边上的d点，在c、d两点插上大头针，测出c点的坐标位置(0,12)，d点的坐标位置(9,0)，由此计算出该棱镜的折射率为_图5答案解析从c点注视a点，发现a点的视位置在oa边上的d点，说明光线ac经ob边发生折射，折射光线反向延长线过d点，由此可作出光线由a点入射到c点的光路如图所示，则n.3如图6所示，半圆玻璃砖的半径r10cm，折射率为n，直径ab与屏幕mn垂直并接触于a点激光a以入射角130射向半圆玻璃砖的圆心o，结果在水平屏幕mn上出现两个光斑求两个光斑之间的距离l.(小数点后保留1位有效数字)图6答案23.1cm解析画出光路图如图所示，设折射角为2，根据折射定律，有n解得260由几何知识得opq为直角三角形，所以两个光斑p、q之间的距离lpaaqrtan30rtan60解得lcm23.1cm4一半径为r的球体放置在水平桌面上，球体由折射率为的透明材料制成现有一束垂直于过球体的竖直表面的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图7所示已知入射光线与桌面的距离为.求出射角.图7答案60解析画出光路图如图所示，设入射光线与球体的交点为c，连接oc，oc即为入射点的法线因此，图中的角为入射角过c点作球体水平表面的垂线，垂足为b.依题意，cob.则sin，60.设光线在c点的折射角为，由折射定律得，联立以上两式得30.由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角为30.由折射定律得，因此sin，60. 二、折射率的理解和计算5.一束平行的细激光束垂直于半圆柱玻璃的平面射到半圆柱玻璃上，如图3所示已知其中一束光沿直线穿过玻璃，它的入射点是o，另一束光的入射点为a，穿过玻璃后两条光线交于p点已知玻璃截面的圆半径为r，oa，opr.求玻璃材料的折射率图3解析画出光路如图所示其中一束光沿直线穿过玻璃，可知o点为圆心另一束光沿直线进入玻璃，在半圆面上的入射点为b，设入射角为1，折射角为2，由几何关系可得：sin1，解得：130.由题意知：opr，由几何关系知：bpr，折射角为：260.