4.1光的折射 教学设计-2022-2023学年高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册

基于核心素养的教学设计—4.1光的折射摘要：以核心素养为目标，通过任务分解、情境创设和问题设计，将“光的折射”的素养目标落实到具体的学习活动中，并就思维引导、实验、教学活动方式提出了建议。关键词：核心素养教学设计光的折射一、教学目标素养类别教学目标物理观念1.知道常见的光的折射现象，知道界面、入射点、法线、入射光线、折射光线、入射角和折射角。2.理解折射定律和折射率，知道不同介质的折射率是不同的。3.知道光在不同介质中的转播速度不同，知道折射率n跟光在真空中的传播速度c和光在介质中的传播速度v的关系。科学思维1.会利用光路图形象地表示光的折射现象，领会“几何”规律在光学中应用。2.通过实例，认识在折射现象中光路是可逆的，会运用逆向思维的方法解决实际问题。科学探究1.会利用激光光学演示仪显示光路，验证在反射和折射现象中，光路是可逆的2.会用激光光学演示仪显示光路，发现折射角随入射角的变化情况，在光具盘上直接读出入射角和折射角，粗测量玻璃的折射率3.理解插针法测玻璃折射率的原理，能与同学交流合作，完成实验操作4.会根据折射定律处理实验数据，得出玻璃的折射率科学责任与态度1.在实验过程和数据处理过程中，做到认真规范，养成实事求是的科学态度2.能根据光的折射原理认识一些具体实例的科学本质二、教学内容与学情分析学生在初中已经学过简单的几何光学知识：光在同一种介质中沿直线直播、光的反射定律及其应用等。对于光的折射，也做过定性的研究，知道光从真空（空气）斜射入其他透明介质或从其他透明介质斜射入真空（空气）时，入射角与折射角之间的大小关系，学习了透镜等与光的折射有关的现象。本节教学重点放在通过定量探究得出折射定律、测定折射率和应用折射定律解决问题。光的折射定律是几何光学的基本规律之一，在具体的应用中，对于定量计算的问题，一般只研究在空气和另一种介质的界面光的折射情况。光路图能直观地反映光线的传播规律，画光路图是学好几何光学的基本技能，在教学中要加强示范，强调作图的重要性，突出“几何”特点。目前，学生已具备一定的实验操作技能和科学探究能力。在本节内容的教学中，采用要通过激光光学演示仪实验和不同颜色的激光笔演示，让学生切身感受到在光的折射、反射现象中，光路是可逆的。如果用笔画线来替代激光束，就可以在纸上展现光路图，使学生形成画光路图的思想。通过激光光学演示仪，在光具盘上直接读出入射角和折射角，利用计算机对入射角和折射角之间的数据分析，得出折射定律。，求出半圆形玻璃砖的折射率充分培养学生的动手能力，数据分析能力，把科学探究真正落到实处。让学生知道光在不同介质中的传播速度是不同的，它们遵循：的关系，由于光在真空中的传播速度为C，在任何其它介质中的传播速v都小于C,所以，介质的折射率都大于1。教师需要精心创设情景，精心设计问题、引导发学生积极思考、讨论，在自主解决问题的过程中构建新概念、新规律。三、任务分解任务一：了解光的折射现象任务一：了解光的折射现象任务二：定量实验：探究光在折射时遵从的规律，归纳出折射定律任务二：定量实验：探究光在折射时遵从的规律，归纳出折射定律任务三：理解折射率概念，领会近似处理方法任务三：理解折射率概念，领会近似处理方法任务四：分组实验：用插针法测玻璃的折射率任务四：分组实验：用插针法测玻璃的折射率任务五：能利用折射定律解释一些光学现象和计算光从一种介质进入另一种介质的折射情况任务五：能利用折射定律解释一些光学现象和计算光从一种介质进入另一种介质的折射情况四、教学活动任务一：了解光的折射现象问题与引导问题指向的素养目标1、如图把一个根吸管插入水中的照片，我们看到吸管好像被折断了一样，能用学过的知识解释一下吗？复习回顾光折射现象、界面、入射点、法线、入射光线、折射光线、入射角和折射角2、射水鱼在水中能准确射中水面上约1米远的小昆虫。水中的鱼看到小昆虫在什么位置？是在实际昆虫的上方还是下方？3、能画出光在水面反射、折射的光路图吗？复习作图法教学建议：（1）思维引导建议：学生在初中已经学过折射现象，通过身边的真实情景的引入，激发学生的学习兴趣，引导学生回顾折射现象、界面、入射点、法线、入射光线、折射光线、入射角和折射角等物理概念，为后面定量探究折射定律做好准备。（2）教学活动建议：情景1、情景2问题相对简单，考虑到学生已有的知识储备，可以让学生独立思考，独立回答，然后一起归纳总结。任务二：定量实验：探究光在折射时遵循的规律，归纳出折射定律问题问题指向的素养目标1、光从空气中斜着射向水面，光从空气中斜着射向半圆形玻璃砖，光线是如何传播呢？能否绘制出光路图？能把具体的折射现象，抽象概括，作出光路图2、通过演示实验，你发现折射角和入射角之间有什么关系呢？能发现折射角随入射角的增大而增大，随入射角的减小而减小3、折射角和入射角之间到底会有什么定量关系呢？能设计出实验方案，能设计出记录实验数据的表格，能寻找出数据处理的简便方法。4、实验方案怎么设计呢？、实验数据如何记录？实验数据如何处理？5、总结归纳出折射定律，带领同学们重温科学家的探索之路。领会折射定律的探究过程和探究方法6、简单介绍前人们对光的折射的认识过程，让学生了解物理学史了解光学的发展历程7、如果没有激光光学演示仪，你能设计出其它实验方案吗？引导学生思考，学会插针法测玻璃折射率实验数据记录表格：实验次数12345678入射角θ1折射角θ2θ1/θ2sinθ1/sinθ2tanθ1/tanθ2教学建议：（1）思维引导建议：通过实验引导学生观察折射角随入射角的增大而增大，减小而减小。同时作出光路图。对于光路可逆这个问题，可以用一只不同颜色（蓝色）的激光笔，从折射光线这边射入，恰好能跟原来的光路重合。把光路可逆形象直观的表现出来，学生比较容易接受。对于实验方案的设计，需要好好引导，不断启发，帮助学生学会使用激光发生器来做实验。定量测量5组数据，测量前先明确法线，列出记录入射角和折射角数据的表格，建议入射角分别取10°,20°,30°,40°,50°,60°,70°,80°。至于数据处理，可以先让学生试着去寻找它们之间的关系，有部分学生肯定会把折射角和入射角的角度进行比值，发现小角度情况下是成正比，大角度就没有正比关系。然后告诉他们，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。最后再引导他们利用正弦值之比，最好利用计算机的excel进行数据处理，可以使处理过程快，结果准确。最后，总结归纳出折射定律内容。通过探究过程，让学生知道当时的科学家斯涅尔是通过手工计算，得出结论。让同学们体会物理定律的得出需要坚韧的精神，只有经过尝试、失败、再尝试，这样的发现过程，才会找到创新思维的火花。学习物理也需要有持之以恒的毅力、解决困难的勇气和必胜的信念勇于探索，只有这样才能在科学学习之路上走得越来越远。（2）教学活动建议：问题1、2是初中学过的内容复习，由学生独立思考后完成即可。问题3学生应该能想到利用实验来探究。问题4就比较复杂，教师要先让学生知道可以利用激光去确定光路，从而确定入射角和折射角。再由学生讨论设计实验方案。方案确定后，实验数据记录相对比较容易。这里的数据处理有难道，要适当引导他们。问题5、6可以利用书本一起阅读。引导学生知道插针法测玻璃折射率，为下节实验课做准备。任务三：理解折射率概念，领会近似处理方法问题问题指向的素养目标1、入射角的正弦与折射角的正弦之比跟那些因素有关？理解对于同一种介质无论入射角和折射角怎么变化，它们的正弦值之比是不变的，即n为比例常数，是反映介质光学性质的物理量。2、为什么光进入不同的介质，折射率不一样呢？3、真空的折射率为1，通常认为空气的折射率也为1学会近似处理方法，知道常见介质的折射率几种介质的折射率：介质金刚石二氧化碳玻璃水晶岩盐酒精水空气sinθ1/sinθ22.421.631.5-1.81.551.551.361.331.00028教学建议：（1）思维引导建议：光从一种介质射入另一种介质时，入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一个常数n，它与入射角、折射角的大小无关，只与两种介质的性质有关。但是，对不同的介质来说，这个常数是不同的。它是一个反映介质光学性质的物理量，叫介质的折射率。光在不同介质中传播速度不同，这正是发生折射的原因。得出介质的折射率n与光在其中传播的速度的关系式：n=c/v。在实际应用中，遇到最多的情形是光从空气射入某种介质，或从某种介质射入空气，而空气对光的传播影响很小，可以作为真空出路，让学生学会近似处法。（2）教学活动建议：问题1采用比值法得出介质的折射率，折射率只跟介质有关，学生能够独立思考后回答。问题2需要教师必要的引导，然后让学生回答，最后总结。任务四：分组实验：用插针法测玻璃的折射率问题问题指向的素养目标1、如何测定玻璃的折射率呢？需要测量哪些物理量？引导学生用大头针来确定光线路径，提出插针法。2、如何确定空气中的入射角和玻璃中的折射角？3、如图，是要找出与入射光线OA想对应的出射光线O'D，连接OO'就能确定在玻璃中的折射角。怎样才能确定光线的路径？怎样才能做出光路图？4、实验方案怎么设计？同学相互交流合作后设计出实验方案。5、操作过程需要注意什么？可以采用哪些措施来减小误差？6、确定出射光线时，要注意什么？7、如何进行数据处理？作图法教学建议：（1）思维引导建议：用插针法来确定光路是一种比较快捷的方法，引导学生熟练掌握技巧，确定光路。在作图时，玻璃砖的两个界面不能移动，也就是入射点O，出射点O'要准确的确定。（2）教学活动建议：把玻璃砖放在白纸上，先确定玻璃砖的边界，这时不能把玻璃砖当作直尺，直接画线，边界要画准确，不能发生移动。插针的时候，针要竖直，而且两针之间距离要稍微大一些。在入射光线AO上竖直插上两枚大头针P1P2，在玻璃砖的另一侧再插上大头针P3，调整眼睛观察的视线，要使P3恰好能挡住P1P2在玻璃中的虚像，用同样的方法再插上大头针P4，使P4能同时挡住P3本身和P1P2的虚像记下P3、P4的位置，从而确定出射光线。在数据处理时，可以量出入射角和折射角，利用正弦值计算出折射率。也可以直接用作图法求出折射率，作图法相对比较快捷。任务五：能利用折射定律解释一些光学现象和计算光从一种介质进入另一种介质的折射情况问题问题指向的素养目标1、射水鱼在水中能准确射中水面上约1m远的小昆虫。水中的鱼看到的小昆虫在什么位置？是在实际昆虫的上方还是下方？会通过作图的方法将实际情景抽象成光路图，根据光路图和折射定律来确定实际情况。2、如果地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与存在大气层的情况相比，将会提前还是延后或者不变呢？3、一个储油桶的地面直径与高均为d，当桶内没有油是，从某点A恰能看到桶底边缘的某点B。当桶内油的深度等于桶高一半时，仍沿AB方向看去，恰好看到桶底上的C点，C、B两点相距d/4.则油的