人教版选修34 光的反射和折射 第1课时 教案.docx

13.1光的反射与折射教学目标：知识与技能 (1)知道反射定律和折射定律 (2)掌握折射的特点以及折射率 (3)会用所学的知识解决相关问题过程与方法 (1)通过 (2)通过实验，认识掌握插针法测折射率的方法情感态度与价值观（1）在合作性实验中培养学生的合作精神（2）实验探究过程中培养科学的探究精神学情分析 学生在初中以及接触过光的折射和反射，对于本节内容并不陌生，但是长时间的接触已让学生概念有些模糊。经过高中两年的学习，学生已经有良好的探究、观察、分析、实验能力，只是实验设计能力还欠成熟。重难点重点: (1)反射定律和折射定律的概念，以及光路可逆 (2)用插针法测定玻璃折射率难点： (1)折射率的理解教学过程：引入 教师提问:大家听说过光污染么，这其中有一项就是城市中的建筑采用了玻璃墙，在太阳光很强时，这个墙也会发出耀眼的光，长时间就会影响人们的眼睛，大家知道为什么这个墙也会发出耀眼的光 同学:因为反射了太阳光 教师：嗯，（拿出一个装满水的玻璃杯，放入一支笔）同学们大家观察一下水杯里的笔，发现什么现象？同学：铅笔折断了教师:铅笔折断是什么原因呢，难道是在水中化成两截了？同学：不是，是因为发生了折射教师：好，非常好，看来同学们对于初中学过的反射和折射还是有一定印象的，那我们今天就再来深入地讨论光的反射和折射新课讲解 （1）反射讲解教师：阳光可以照亮水中的鱼草，水面也能出现太阳的倒影，这说明光从空气射入到水面时一部分进入水中，一部分回到了空气中，（反射和折射介绍） 教师：我们先来研究一下光的反射，当光从一种介质射入另一种介质表面时，会发生反射，老师先画界面上下分别为介质一，介质二，然后再画一条入射光线，现在有没有同学还记得初中所学愿意画一下反射光线？ 学生画图 教师：嗯，很好，叫做反射定律，根据反射定律我们是不是可以先作一条法线，然后再法线的同一侧取相同角度是不是可以画出反射光线啦 （2）折射讲解教师：那光在折射时有哪些规律呢？老师在这里画出光的折射图。类比于反射定律当中，光（讲解折射的规律），那角度一和角度二有没有什么关系呢？早在1621年，菲涅尔就对这个现象做了大量研究，并归纳得出了折射定律：， 即 教师分析式子，并阐明光路可逆原理 （3）折射率讲解 教师:我们说n12是一个比例常数，也就是一个确定的值，和式子中角度1，2的变化无关，那它与什么有关呢？ 学生：各自猜想 教师：这个常数啊 它只和两者介质的性质有关。 讲解n，并理论分析n的表达式和一些常见物质的折射率 （4）例题讲解 先由同学自己根据课堂所讲内容分析做这题，然后教师请同学上台做题，并加以讲评 巩固小结今天我们学习了光的反射和折射，请同学不看课本来用自己的话归纳一下？同学归纳教师补充总结，认光的反射定律和折射定律，折射率例1如图3所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上垂直纸面插大头针p1、p2确定入射光线，并让入射光线过圆心o，在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针p3，使p3挡住p1、p2的像，连接op3，图中mn为分界面，虚线半圆与玻璃砖对称，b、c分别是入射光线、折射光线与圆的交点，ab、cd均垂直于法线并分别交法线于a、d点。图3(1)设ab的长度为l1，ao的长度为l2，cd的长度为l3，do的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量_，则玻璃砖的折射率可表示为_。(2)该同学在插大头针p3前不小心将玻璃砖以o为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将_(选项“偏大”“偏小”或“不变”)。解析(1)sin i，sin r，因此玻璃的折射率n，因此只需测量l1和l3即可。(2)当玻璃砖顺时针转过一个小角度时，在处理数据时，认为l1是不变的，即入射角不变，而l3减小，所以测量值n将偏大。答案(1)l1和l3n(2)偏大例2如图4所示某同学在测定一厚度均匀的圆柱形玻璃的折射率时，先在白纸上作一与玻璃圆柱同半径的圆，圆心为o，将玻璃圆柱平放在白纸上，使其边界与所画的圆重合。在玻璃一侧竖直插两枚大头针p1和p2，再在另一侧先后插两枚大头针p3和p4，使从另一侧隔着玻璃观察时，大头针p4和p3与p2和p1的像恰在一直线上，移去玻璃圆柱和大头针后，在白纸上的图中画出：图4(1)沿p1和p2连线方向的入射光线通过圆柱形玻璃后的传播方向。(2)光线在玻璃内的传播方向。(3)在光线的入射点作法线，标出入射角1和折射角2。(4)写出计算玻璃折射率的公式(不必计算)。解析过p1、p2作直线交圆周于o1点，过点o1作法线o1o；过p3、p4作直线为出射光线，交圆周于o2点；过o2o作直线为法线。连接o1o2为入射光线在玻璃内的折射光线。量出入射角1和折射角2，由公式n12可求出折射率。如图所示。答案见解析 例3光线以60的入射角从空气射入玻璃中，折射光线与反射光线恰好垂直。(真空中的光速c3.0108 m/s)(1)画出折射光路图；(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度；(3)当入射角变为45时，折射角等于多大？(4)当入射角增大或减小时，玻璃的折射率是否变化？说明理由。思路点拨(1)找准入射角和折射角，准确作图。(2)利用n和n分析计算。解析(1)由题意知入射角160，反射角60，折射角2180609030，折射光路图如图所示。(2)n，根据n得v m/s，v1.7108 m/s。(3)据n得sin 2，将sin 1sin 45及n代入上式，可求得sin 2，解得2arcsin 。(4)折射率不会变化，折射率反映介质的光学性质，而跟入射角的大小无关。答案(1)图见解析(2)1.7108 m/s(3)arcsin(4)见解析解决光的折射问题的思路(1)根据题意正确画出光路图。(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，注意入射角、反射角、折射角的确定。(3)利用反射定律、折射定律求解。(4)注意光路的可逆性的利用。 典例4一小孩站在宽6 m的河边，在他正对面的岸边有一距离河面高度为3 m的树，树的正下方河底有一块石头，小孩向河面看去，同时看到树顶和石头两者的像且重合。若小孩的眼睛离河面高为1.5 m，如图1315所示，河水的折射率为，试估算河水深度。图1315解析光路如图所示，得n，由几何关系得1.5tan 3tan 6，解得tan ，sin ，p点至树所在岸边的距离为3tan 4 m，sin ，由以上几式解得h5.3 m。答案5.3 m视深度公式及应用技巧(1)视深是人眼看透明物质内部某物体时像点离界面的距离。一般都是沿着界面的法线方向去观察，在计算时，由于入射角很小，折射角也很小，故有。(2)当沿竖直方向看水中的物体时，“视深”是实际深度的，n是水的折射率。如果从折射率为n的介质中观察正上方距液面高为h的物体，观察到的高度hnh(h为视高)。 课堂练习1(多选)如图1312所示，虚线表示两种介质的界面及其法线，实线表示一条光线射向界面后发生反射和折射的光线，以下说法正确的是()图1312abo不可能是入射光线bao可能是入射光线cco可能是入射光线dob可能是反射光线解析：选abd由于入射角等于反射角，入射光线、反射光线关于法线对称，所以ao、ob应是入射光线或反射光线，pq是法线。又因为反射光线、折射光线都不与入射光线位于法线同侧，所以ao是入射光线，ob是反射光线，oc是折射光线。2一条光线以40的入射角从真空射到平板透明材料上，光的一部分被反射，一部分被折射，折射光线与反射光线的夹角可能是()a小于40b在50100之间c在100140之间 d大于140解析：选c由n1，得折射角2140，由反射定律得3140，如图所示，故折射光线与反射光线的夹角180321402，所以100140，故c正确。3.光线以入射角1从空气射入折射率n的透明介质表面，如图1313所示。图1313(1)当入射角145时，求反射光线与折射光线间的夹角。(2)当入射角1为何值时，反射光线与折射光线间的夹角90。解析：设折射角为2，反射角为3，由光路图知18023由反射定律知：3145由折射定律知：n(1)当145时，由得230代入得105。(2)当90时，由得2903901，代入得tan 1，则1arctan 。答案：(1)105(2)arctan 4若某一介质的折射率较大，那么()a光由空气射入该介质时折射角较大b光由空气射入该介质时折射角较小c光在该介质中的速度较大d光在该介质中的速度较小解析：选d由n可知，光由空气射入介质时的折射角是由折射率n和入射角1共同决定的，所以a、b均错；由n可知，介质的折射率越大，光在该介质中的速度越小，故c错，d正确。5一束光由空气射入某介质时，入射光线与反射光线间的夹角为90，折射光线与反射光线间的夹角为105，则该介质的折射率及光在该介质中的传播速度为()a.，c b.，c.，c d.，解析：选d由反射定律和题意可知，反射角和入射角均为45，折射角为r1804510530，则折射率n，所以光在该介质中的速度vc，故d选项正确。6.人造树脂是常用的眼镜镜片材料。如图1314所示，光线射在一人造树脂立方体上，经折射后，射在桌面上的p点。已知光线的入射角为30，oa5 cm，ab20 cm，bp12 cm，求该人造树脂材料的折射率n。图1314解析：设折射角为，由折射定律知：n由几何关系知：sin 且op代入数据得n1.5。答案：1.57(多选)如图1316所示，把由同种材料(玻璃)制成的厚度为d的立方体a和半径为d的半球体b分别放在报纸上，从正上方(对b来说是最高点)竖直向下分别观察a、b中心处报纸上的字，下面的说法正确的是()图1316a看到a中的字比b中的字高b看到b中的字比a中的字高c看到a、b中的字一样高da中的字比没有玻璃时的高，b中的字和没有玻璃时的一样解析：选ad如图所示，放在b中的字反射的光线经半球体向外传播时，传播方向不变，故人看到字的位置是字的真实位置。而放在a中的字经折射，人看到的位置比真实位置要高。8有人在游泳池边“竖直”向下观察池水的深度，池水的视深为h，已知水的折射率为，那么池水的实际深度为多少？解析：由池底某点p发出的光线，在水中和空气中的光路如图所示。由于观察者在池边“竖直”向下观看，所以光线在水面处的入射角1和折射角2都很小，根据数学知识可知sin 1tan 1sin 2tan 2根据折射定律有n将两式代入式得n解得池水实际深度为hnhh。答案：h作业：1如图1所示，落山的太阳看上去正好在地平线上，但实际上太阳已处于地平线以下，观察者的视觉误差大小取决于当地大气的状况。造成这种现象的原因是()图1a光的反射b光的折射c光的直线传播 d小孔成像解析：选b太阳光线进入大气层发生折射，使传播方向改变，而使人感觉太阳的位置比实际位置偏高。2光射到两种不同介质的分界面，分析其后的传播情形可知()a折射现象的出现说明光的传播需要介质b发生折射现象时光沿曲线传播c折射光与入射光的传播方向总是不同的d发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同解析：选d光可以在真空中传播，即介质并不是必需的，故a选项错误；发生折射现象时光仍沿直线传播，只是一般情况下折射光线与入射光线方向不在同一直线上，故b选项错误；当光垂直射到两种不同介质的分界面时，折射光线与入射光线的传播方向是相同的，故c选项错误；当光射到两种不同介质的分界面时会发生折射现象，这是因为不同介质对光的(绝对)折射率n不同，即光在不同介质中的传播速度不同，故d选项正确。3插入水中的筷子，水里部分从水面斜着看起来是()a向上曲折b向下曲折c没有变化d与水对光线的反射有关，难以确定解析：选a由光的折射定律知，水中的筷子所成的像比实际位置浅，则应向上曲折，选项a正确。4. (多选)如图2所示，一束复色光从空气中沿半圆形玻璃砖半径方向射入，从玻璃砖射出后分成a、b两束单色光。则()图2a玻璃砖对a光的折射率为b玻璃砖对a光的折射率为1.5cb光的频率比a光的大db光在玻璃中的传播速度比a光的大解析：选ac由a光的偏折程度比b光的小，可知a光的频率、在玻璃中的折射率均较小，则a光在玻璃中的传播速度较大，故c正确，d错误；根据折射定律a光在玻璃中的折射率n，故a正确，b错误。5.如图3所示，一束单色光从空气入射到棱镜的ab面上，经ab和ac两个面折射后从ac面进入空气。当出射角i和入射角i相等时，出射光线相对于入射光线偏转的角度为。已知棱镜顶角为，则计算棱镜对该色光的折射率表达式为()图