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

4.1光的折射 〖教材分析〗 本节教材对光的反射知识作了简单的回顾,这部分内容学生在初中已有所学习。本节的重点是光的折射定律和折射率的测定,教学中要给予充分重视。教学中要求学生能在折射实验现象的基础上,经过分析和推理得出定性结论;再通过实验探究,分析实验数据,发现特点和规律,得出定量结论,从而培养学生科学思维和科学探究的能力。本节内容是第2节“全反射”的基础。 〖教学目标与核心素养〗 物理观念∶知道折射定律与折射率,能够完成测量玻璃的折射率实验。 科学思维∶会区别光从空气入水和从水进入空气时的折射定律,知道折射率与介质有关,会利用折射定律解释相关光现象和计算有关问题。 科学探究:会测定玻璃折射率,能解释生活中的折射现象。 科学态度与责任∶从实验现象激发学生兴趣引出课题,使学生感受奇妙的物理现象,培养学生的科学素养。 〖教学重难点〗 教学重点: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。 教学难点:理解折射率的概念,会通过实验测定玻璃的折射率。 〖教学准备〗 水、激光、玻璃砖等。 〖教学过程〗 一、新课引入 (播放动图)射水鱼在水中能准确射中水面上不远处的小昆虫。水中的鱼看到小昆虫在什么位置?是在昆虫的上方还是下方? 二、新课教学 阳光照射水面时,我们能够看到水中的鱼和草,同时也能看到太阳的倒影,这说明:光从空气射到水面时,一部分光射进水中,另一部分光返回到空气中。 一般说来,光从第 1 种介质射到该介质与第 2 种介质的分界面时,一部分光会返回到第1种介质,这个现象叫作光的反射。 遵循反射定律: ①反射光线与入射光线、法线在同一平面。 ②反射光线和入射光线分居法线两侧。 ③反射角等于入射角。 我们已经知道光从一种介质斜射入另一种介质中,传播方向通常会发生改变,这种现象称为光的折射。这种现象发生在两种介质的分界面上,而且光必须是斜射入的,也就入射角不等于零度,才会有折射现象。如果光这样垂直射入分界面,光的传播方向不改变,是没有折射的。 问题:光在反射时遵从反射定律,光在折射时遵从什么规律呢? (一)折射定律 播放光的折射的实验视频。让一束光由一种介质斜着射向另一种介质。 思考:光发生了折射,它的入射角θ1和折射角θ2存在什么样的关系呢? 如图所示进行投影实验,多次改变入射角度,观察。得出实验规律: 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。 θ1 sinθ1 θ2 sinθ2 sinθ1/sinθ2 1 30 0.50 19 0.33 1.54 2 40 0.64 25 0.42 1.52 3 50 0.77 30 0.50 1.53 4 60 0.87 35 0.57 1.51 平均值 1.52 测量多个入射角和折射角,找出这些数据之间的关系。从数据可以看出如果由光疏介质向光密介质传播,入射角大于折射角。但他们数值上并不是简单的正比关系,经过科学家进行了大量的实验,找到了他们之间的关系。 入射角和折射角的正弦函数成正比 , 这个规律称为光的折射定律。式中 n12 是比例常数,它与入射角、折射角的大小无关,只与两种介质的性质有关。 (二)折射率 对于不同的介质,这个常数n是不同的,他是一个反应光学性质的物理量,被称作介质的折射率。 光从真空射入某种介质时,入射角和折射角正弦的比值叫做该种介质绝对折射率,简称折射率。实际生活中接触的都是由空气射入某种介质的情况,因为空气对光的传播影响很小,所以可以把空气当做真空处理,即把光从空气到某种介质的折射率近似看作绝对折射率。 注意:n的大小与介质有关,与θ1和θ2无关,对于确定的介质,n是定值,不能说n∝sinθ1或n∝1/sinθ2 在这个定律的基础上,在经过大量的实验发现介质的折射率还等于光在真空中的速度除以光在该介质中的速度 以水为例,光在水中的速度等于在真空中速度的3/4,则水的折射率就等于真空的光速,除以水中的速度,约等于1.33()。由于光在任何介质中的传播速度都小于真空中的光速,即分母小于分子,所以折射率永远是一个大于一的数。另外折射率还等于两个角的正弦之比,也就是两个数的比,所以折射率还是没有单位的。 课本例题 如图,一个储油桶的底面直径与高均为d。当桶内没有油时,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的一半时,仍沿AB 方向看去,恰好看到桶底上的点C,C、B两点相距1/4d 。求油的折射率和光在油中传播的速度。 解析:首先要根据题目的描述画出光路图。 题目说当桶内没有油时,从a点恰能看到b点,这也就是说从b点向桶右沿发出的光线恰能通过A点,这3点是共线的。在这个等腰直角三角形中,这个角∠AON是45度,这个角∠BON也是45度。又说当桶油的深度等于高的一半时,在A点恰好能看到桶底上的c点,这里是指桶内有一