4.1光的折射 教学设计-2024-2025学年高二上学期物理人教版(2019)选择性必修第一册

第四章 光 第1节 光的折射 安徽省临泉第一中学 郭雪鹏 1、 教学内容分析 《光的折射》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》选择性必修1“光及其应用”主题模块下的内容。课程标准要求为：通过实验，理解光的折射定律。会测量材料的折射率。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程的标准的解读为：学生要通过探究折射角与入射角关系的实验，理解光的折射定律。要理解折射率的意义，知道折射率与光速、光在介质中传播速度的关系。知道光的色散现象通过演示实验观察色散现象。在理解的基础上能够运用折射定律解释大自然的折射现象，分析解决一些简单的实际问题。要求学生会通过实验测量材料的折射率，了解测定折射率的方法，讨论和交减小实验误差的措施。为了使学生更深入地理解折射率的物理概念，可以根据实际情况适当扩展，让学生了解相对折射率和绝对折射率的关系。这种扩展对学生理解折射率会有帮助对概念的讲解，不宜限定过死，否则不利于学生形成全面合理的知识结构。 2、 学情分析 学生已掌握光的反射定律和基本光学现象，但对折射的定量关系（如斯涅耳定律）较为陌生。高二学生具备初步的数学推导能力（三角函数、几何分析），但将抽象公式与物理现象结合的能力仍需加强。实验操作能力和误差分析意识需通过实践培养。 3、 教学目标 1. 物理观念 ：理解折射定律的数学表达，掌握折射率的定义及其与光速的关系。 2. 科学思维 ：能运用几何分析和三角函数推导折射角，解决实际问题 3. 科学探究： 通过实验探究玻璃折射率，学会用插针法确定光路并分析误差来源。 4. 科学态度与责任：培养严谨的实验态度，认识折射规律在科技中的应用（如透镜设计、光纤通信）。 4、 教学重难点 教学重点：折射定律的理解与应用；折射率的物理意义 教学难点： 复杂光路问题的几何分析 教学方法：实验探究法、问题导学法、小组讨论法、多媒体辅助 5、 教学过程 环节1：情境导入 问题驱动：展示射水鱼捕食模拟动画视频。 提问：“水中的鱼看到的昆虫位置与实际位置有何差异？” 学生活动：结合生活经验讨论“筷子弯折”现象，初步感知折射现象。 环节2：探究折射定律 实验演示：利用激光笔和水槽演示光从空气射入水中的折射现象，改变入射角大小，折射角大小变化。学生观察实验现象，入射角增大，折射角增大。 学生探究：学生使用PhET虚拟仿真实验探究光的折射规律 (1) 虚拟实验界面 教师介绍光的折射虚拟仿真实验，讲解①使用虚拟工具量角器度量入射角和折射角②用鼠标拖动激光器位置，改变入射角大小。③介质折射率大小通过拖动滑块左右移动调节，向右滑动，折射率增大。实验中保持界面上下为两种不同的介质。 (2) 设计探究光的折射规律实验方案 学生分成小组讨论合作，确定实验方案。实验步骤为： ①保持介质1为空气，介质2为水。 ②控制入射角θ1从小逐渐增大(0°~90°)，观察折射光线，用量角器度量入射角θ1和折射角θ2大小。填入实验数据记录表格。获取5-6组数据。 ③根据实验数据，计算和，寻找折射规律。 ④调节介质2折射率，再次进行实验，多次改变入射角，测量入射角和折射角，计算。 (3) 数据举例 入射角i 反射角r sini sinr i/r sini/sinr 10° 7.5° 0.17 0.13 1.33 1.33 20° 15° 0.34 0.26 1.33 1.32 30° 22° 0.50 0.37 1.36 1.33 40° 29° 0.64 0.48 1.38 1.33 50° 35° 0.77 0.57 1.43 1.34 60° 40.5° 0.87 0.65 1.48 1.33 70° 44.5° 0.94 0.70 1.57 1.34 80° 47.5° 0.98 0.74 1.68 1.34 (4) 结论 光从介质1折射到介质2中，入射角增大，折射角增大，且入射角的正弦与折射角正弦之比是一个定值，该定值与两种介质有关。 环节3：介质的折射率 教师讲授： (1)折射率n (2)介质中的光速v=c/n (3)光的色散：投影光的色散实验照片 问题1：红光与紫光相比，哪种光的折射角较大？ 问题2：红光与紫光的折射率哪个更大？在玻璃中的光速大小如何？ 问题3：折射率与频率的大小有何关系？ 环节4：巩固应用 例题1 水中鱼的位置 例题2 教材油桶例题，强调几何关系与三角函数应用。 课堂练习：教材练习1（判断光路可能性）、练习2（计算折射角）。 拓展思考：若地球无大气层，日出时间会如何变化？(和有大气层存在时比较)日落时间如何变化？ 环节5：测量玻璃的折射率 学生阅读教材，回答下列问题： 问题1：如何在纸上描绘玻璃砖边界？ 问题2：如何确定入射光线和折射光线？ 问题3：用什么工具度量入射角和折射角？ 问题4：如何减小误差？ 教师活动：播放录制的实验操作视频，讲解实验操作注意事项： 1.不能用笔沿着玻璃砖边界画线，避免划伤和污染玻璃砖的光学面.用铅笔先在白纸上描出玻璃砖每个界面的两个点，取下玻璃砖再用直尺连成线。 2.实验过程，白纸固定不动.插大头针过程，不要移动玻璃砖 3.入射角不能太大或太小 4.大头针垂直插在纸面，同侧两个针之间的距离适当大些 6、 板书设计 §4.1 光的折射 1. 折射定律 (1) 折射角：折射光线与法线的夹角 (2) 斯涅尔定律： n12与两种介质有关 (3) 光路可逆性 2. 折射率 (1) 定义 (2) 从空气到介质 ：sinθ1=nsinθ2 (3) 光的色散：频率f大，折射率n大 3.插针法测量玻璃折射率 ①插针法确定光路 ②测量入射角θ₁、折射角θ₂ ③计算折射率 n = sinθ1/sinθ2 7、 教学反思 目标达成：学生能熟练应用折射定律计算简单问题，但部分学生对复杂几何光路（如例题）仍存在理解困难，需增加课后习题训练。 实验改进：实验环节中，部分小组因大头针定位不准导致数据偏差较大，后续可引入激光笔辅助定位，或采用数字化传感器实时测量角度。 教学策略：在推导折射率公式时，可结合动画演示光在介质中的传播速度差异，增强直观性。 素养提升：通过联系光纤通信等现代科技，深化学生对折射规律应用价值的认识，激发学习兴趣。 2 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$