第一节 光的折射（表格式教学设计）物理沪科版选择性必修第一册

该高中物理教学设计聚焦光的折射定律及折射率核心知识点，以射水鱼、渔民叉鱼等生活情境导入，前承初中光的反射规律，后为全反射等内容奠基，通过问题情境搭建探究学习支架。 特色在于融合科学思维与科学探究，引导学生分析实验数据发现折射角与入射角正弦比规律，结合立方体、半球体等实例强化光路几何分析与数学运算，培养模型建构能力，助力学生深化光传播的物理观念，为教师提供清晰教学路径与实践案例。

第一节 光的折射（教学设计） 年级 高二 学科 物理 课时数 课题 第四章 光 4.1光的折射（教学设计） 教学 目标 1. 理解光的折射定律，并能用来解释和计算有关问题。 2. 理解折射率的物理意义，知道折射率与光速的关系，并会进行相关计算。 教材 分析 在必修第一册“光”模块中提出：“通过对光的折射、色散、全反射等现象的学习，帮助学生理解光的传播规律，体验科学探究方法，形成科学的世界观和价值观。” 本节“光的折射”是“光”章的首节内容，承接初中阶段对光的直线传播、反射规律的认识，进一步引入折射现象与折射定律，为后续学习全反射、光学仪器、信息技术中的光纤通信等奠定理论基础。 教学重点 1. 光的折射定律的内容与数学表达式； 2. 折射率的物理意义及与光速的关系； 3. 典型几何光路作图及折射定律在问题解决中的应用。 教学难点 1. 正确区分“入射角、折射角”与“光线—法线”之间的几何关系； 2. 灵活选取三角函数关系，将几何分析、物理解读与数学运算有机融合； 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 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？ 结合情境思考问题 学习新课 一、光的折射现象和折射定律 1. 光的反射 【问题情境】有经验的渔民叉鱼时，不是正对着看到的鱼去叉，而是对着所看到鱼的下方叉，这是为什么？ 答案　从鱼上反射的光线由水中进入空气时，在水面上发生折射，折射角大于入射角，折射光线进入人眼，逆着折射光线的方向看去，人就会觉得鱼变浅了，所以叉鱼时要对着所看到的鱼的下方叉。 （1）反射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光返回到第1种介质的现象。 （2）反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角。 2. 光的折射 （1）折射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光进入第2种介质的现象。 （2）折射定律：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；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即＝n12(式中n12是比例常数)。 （3）在光的折射现象中，光路是可逆的。 （4）光的方向：①光从一种介质斜射进入另一种介质时，传播方向要发生变化。 ②当光垂直界面入射时，光的传播方向不变。 （5）入射角与折射角的大小关系：当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时，入射角大于折射角，当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时，入射角小于折射角。 3. 折射定律的应用 解决光的折射问题的基本思路： （1）根据题意画出正确的光路图。 （2）利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角分别是入射光线、折射光线与法线的夹角。 （3）利用折射定律n＝，结合数学三角函数的关系进行运算。 【例1】如图所示，把由同种玻璃制成的厚度为d的立方体A和半径为d的半球体B分别放在报纸上，且让半球的凸面向上。从正上方(对B来说是最高点)竖直向下分别观察A、B中心处报纸上的文字，下面的观察记录正确的是（ D ） A.看到A中的字比B中的字低 B.看到A、B中的字一样高 C.看到A中的字和没有放立方体时一样高 D.看到B中的字和没有放玻璃半球时一样高 【例2】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c＝3.0×108 m/s) (1)画出折射光路图； (2)当入射角变为45°时，折射角的正弦值为多大？ 【解析】（1）光路图如图所示，其中AO为入射光线，OB为折射光线。 （2）n＝＝，当入射角为45°时，n不变， 由n＝， 得sin θ2′＝＝＝ 掌握反射现象和反射定律 掌握解决光的折射问题的基本思路，尤其是几何关系的分析 学习新课 二、折射率 【问题情境】如表所示是在探究光由真空射入某种透明介质发生折射的规律时得到的实验数据。请在表格基础上思考以下问题： (1)随着入射角的增大，折射角怎样变化？ 答案　折射角增大。 (2)当入射角与折射角发生变化时，有没有保持不变的量(误差允许范围内)? 答案　入射角的正弦值和折射角的正弦值之比保持不变。 1. 定义 光从真空射入某种介质发生折射时，入射角正弦与折射角正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，即 n＝。 2. 折射率与光速的关系 某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即 。 3. 对折射率的理解 (1)折射率 n＝，θ1为真空中的光线与法线的夹角，不一定为入射角；而θ2为介质中的光线与法线的夹角，也不一定为折射角。 (2)折射率n是反映介质光学性质的物理量，它的大小由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关，与介质的密度没有必然联系。 4. 折射率与光速的关系： (1)光在介质中的传播速度v跟介质的折射率n有关，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于1。 (2)某种介质的折射率越大，光在该介质中的传播速度越小。 【例3】如果光以同一入射角从真空斜射入不同介质，则折射率越大的介质（ C ） A.折射角越大，表示这种介质对光的偏折作用越大 B.折射角越大，表示这种介质对光的偏折作用越小 C.折射角越小，表示这种介质对光的偏折作用越大 D.折射角越小，表示这种介质对光的偏折作用越小 【例4】边长为d的正方体透明介质置于真空中，其横截面ABCD如图所示.有两束平行光Ⅰ、Ⅱ分别从上表面的A点和AB的中点沿与水平方向成30°角同时斜射入介质中，两种光在界面上折射后恰好相交于正方体底面的C点.已知真空中光速为c，求： (1)介质对光Ⅰ、Ⅱ的折射率； (2)光Ⅰ、Ⅱ到达C点的时间差。 【解析】（1）由题可知，光线Ⅰ、Ⅱ在真空中入射角均为θ＝60°，作出光线Ⅰ、Ⅱ在介质中的光路图如图所示。 根据几何关系可知，光线Ⅰ在介质中的折射角θ1＝45°， 光线Ⅱ在介质中的折射角的正弦值为 sin θ2＝＝ 故n1＝＝，n2＝＝ 。 （2）由介质中光速v＝可得，光线Ⅰ、Ⅱ在介质中的速度分别为v1＝，v2＝ 光线Ⅰ、Ⅱ在介质中的传播距离分别为：l1＝d，l2＝d， 则有Δt＝，解得Δt＝ 。 掌握折射率的定义 掌握折射率与光速的关系 理解折射率的决定因素以及折射率与光速的关系 课 堂 练 习 1. 根据图中的漫画，判断下列说法正确的是（ D ） A.人看到的是鱼的实像，位置变浅了些 B.人看到的是鱼的虚像，位置变深了些 C.鱼看到的是人的实像，位置偏低了些 D.鱼看到的是人的虚像，位置偏高了些 2. 关于折射率，下列说法正确的是（ C ） A.根据 ＝n12可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比 B.根据 ＝n12可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比 C.根据可知，介质的折射率与光在该介质中的传播速度成反比 D.同一频率的光由真空进入不同介质时，折射率与光在介质中的波长成正比 3. 关于光的折射现象，下列说法正确的是（ D ） 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.折射率大的介质，光在其中的传播速度小 D.折射角增大为原来的2倍，入射角也增大为原来的2倍 4. 如图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m.距水面4 m的湖底P点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为53°(取sin 53°＝0.8).已知水的折射率为。 (1)求桅杆到P点的水平距离； (2)船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45°时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离。 【解析】（1）设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1，到P点的水平距离为x2； 桅杆距水面的高度为h1，P点处水深为h2； 激光束在水中与竖直方向的夹角为θ，由几何关系有 ＝tan 53°、＝tan θ 由折射定律有：sin 53°＝nsin θ 设桅杆到P点的水平距离为x，则x＝x1＋x2 联立以上式子并代入题给数据得：x＝7 m （2）设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时，从水面出射的方向与竖直方向夹角为i′ 由折射定律有：sin i′＝nsin 45° 设船向左行驶的距离为x′，此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1′，到P点的水平距离为x2′， 则：x1′＋x2′＝x′＋x ＝tan i′ 、＝tan 45° 联立以上式子得x′＝(6－3) m≈5.5 m。 板 书 设 计 4.1光的折射 一、光的折射现象和折射定律 1. 光的反射 （1）反射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光返回到第1种介质的现象。 （2）反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角。 2. 光的折射 （1）折射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光进入第2种介质的现象。 （2）折射定律：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；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即＝n12(式中n12是比例常数)。 （3）在光的折射现象中，光路是可逆的。 （4）光的方向：①光从一种介质斜射进入另一种介质时，传播方向要发生变化。 ②当光垂直界面入射时，光的传播方向不变。 （5）入射角与折射角的大小关系：当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时，入射角大于折射角，当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时，入射角小于折射角。 3. 折射定律的应用 解决光的折射问题的基本思路： （1）画出光路图。（2）利用几何关系确定光路图中的边、角关系。 （3）利用折射定律n＝，结合数学三角函数的关系进行运算。 二、折射率 1. 定义 光从真空射入某种介质发生折射时，入射角正弦与折射角正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，即 n＝。 2. 折射率与光速的关系 某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即 。 3. 对折射率的理解 折射率n是反映介质光学性质的物理量，它的大小由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关，与介质的密度没有必然联系。 4. 折射率与光速的关系： (1)光在介质中的传播速度v跟介质的折射率n有关。 (2)某种介质的折射率越大，光在该介质中的传播速度越小。 作业布置 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $