4.1 光的折射 培优教学课件 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦光的折射定律、折射率及测量实验，通过冰晕现象和玻璃砖错位问题导入，引导学生从生活现象出发，逐步探究折射角与入射角关系，构建从现象到规律的学习支架。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，通过实验视频观察、数据表格分析推理折射定律，测量实验涵盖插针法、平均值法等多种方法及误差分析。既培养学生实验能力与科学推理素养，又为教师提供结构化教学资源，助力高效开展探究式教学。

1.光的折射 第四章 光 人教版选择性必修第一册 导入新课 冰晕本身就不可预测，转瞬即逝，这种组合冰晕更是可遇不可求。你知道它的形成原因吗？ 导入新课 思考：把一块厚玻璃砖放在一支笔的前方，笔杆看起来好像错位了，你认为这是什么原因造成的呢？如何解释观察到的现象？ 学习目标 物理观念 认识光的折射和反射现象，知道法线、入射角、折射角、反射角等概念。 科学思维 根据观察入射角和折射角的大小寻找相关规律，并推理出折射定律。 科学探究 通过科学探究，理解折射率的概念和光的折射定律。 科学态度 与责任 会测玻璃等材料的折射率，通过实验体会光线模型的建构过程，并解决实际生活中的问题。 重点难点 重点 1.光的折射定律的探究与理解； 2.折射率概念的理解，区分好折射率和绝对折射率。 难点 1.折射定律的应用； 2.测玻璃的折射率的实验原理与误差分析。 1. 折射定律 2. 折射率 3. 课堂总结 4. 练习与应用 学习内容 第1节 光的折射 一、折射定律 第1节 光的折射 一、折射定律 1.光的反射和折射 光的反射和折射同时发生 入射光线 反射光线 折射光线 N N' 介质1 介质2 O 光从第1种介质射到到该介质与第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；另一部分光会进入第2种介质，这个现象叫作光的折射。 一、折射定律 A 空气 B N N' O 水 光的折射 入射光线和法线的夹角——入射角。 折射光线和法线的夹角——折射角。 光在折射时，折射角与入射角之间会有什么定量的关系？ 思考：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 观察实验视频中测量多个入射角和折射角，找出这些数据之间的关系 ①折射光线、入射光线、法线在同一平面内 ②折射光线和入射光线分居法线两侧 ③当光从空气斜射入玻璃中时，折射角小于入射角 ④当光从玻璃斜射入空气中时，折射角大于入射角 ⑤当入射角增大时，折射角也随着增大 一、折射定律 折射角度 入射角度 入射角sin 折射角sin 1 0 0 0 0 2 10 7 0.173648 0.121808 3 20 16 0.34202 0.275501 4 30 19 0.5 0.325409 5 40 24 0.642787 0.406543 6 50 32 0.766044 0.529679 7 60 35 0.866025 0.573323 8 70 38 0.939692 0.615396 9 80 42 0.984808 0.668854 一、折射定律 sin sin 结论：在误差允许的范围内入射角的正弦与折射角的正弦成正比。 1621 年，荷兰数学家斯涅耳在分析了大量实验数据后，找到了两者之间的关系，并把它总结为光的折射定律。 Y 值 0.17 0.34 0.5 0.64 0.77 0.87 0.94 0.98 0.12 0.28 0.33 0.41 0.53 0.57 0.62 0.67 一、折射定律 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，它与入射角、折射角的大小无关，只与两种介质的性质有关。 A 空气 B N N' O 水 一、折射定律 4.折射角与入射角的大小关系 当光从真空斜射入介质时，入射角大于折射角；当光从介质斜射入真空时，入射角小于折射角；当光垂直射入介质时，光不发生偏折。 3.光路可逆性：在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的。 N N' 介质1 介质2 O 一、折射定律 （1）光的传播方向:光从一种介质进入另一种介质时,传播方向一般要发生变化。并非一定变化,当光垂直界面入射时,传播方向就不发生变化。 （2）光的传播速度:光从一种介质进入另一种介质时,传播速度一定发生变化,当光垂直界面入射时,光的传播方向虽然不变,但也属于折射,光传播的速度发生变化。 特别提醒 一、折射定律 例1.如图所示的四幅图中，点是半圆形玻璃砖的圆心，一束光由空气进入半圆形玻璃砖，再由玻璃砖射入空气，可能正确的是（　　） D． B． A． C． B 二、折射率 第1节 光的折射 二、折射率 1. 定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比 n，叫这种介质的折射率。 3. 物理意义：折射率仅反映介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小。 折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定。 2. 表达式： ——折射率的决定式 ——折射率的定义式 几种常见介质的折射率 4. 真空的折射率为 1，空气的折射率近似为 1。任何介质的折射率 n 都大于 1。 二、折射率 5.对折射率的理解 （1）入射角和折射角的大小关系取决于两种介质的折射率。 （2）关于正弦值：入射角、折射角是可以改变的，但正弦值之比是一个常数。 （3）关于常数n：不同介质具有不同的常数，折射率无单位，任何介质的折射率皆大于1。真空折射率为1。 （4）决定因素：折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。 二、折射率 6.生活中的折射现象 人体的错位 万华镜旋之空 光在玻璃中的传播 二、折射率 人在水上看到物体的像，比实际物体位置偏上，感觉水比较浅。 鱼在水下看岸上物体的像，比实际物体位置偏上，感觉物体变高。 6.生活中的折射现象 二、折射率 思考：如果没有大气，将迟一些看到太阳还是早一些看到太阳？ 有大气，看到太阳更早 没有大气，将迟一些看到太阳 二、折射率 练一练 例2.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d/4。求油的折射率和光在油中传播的速度。 甲 没有油时刚好看到 B 点 乙 有油时沿同一方向看去可以看到 C 点 二、折射率 解： 因为底面直径与桶高相等，所以 ∠AON ＝∠BON′＝ 45º 由 ON′＝ 2CN′可知 sin ∠CON′＝ ＝ n ＝ ＝=＝ 1.58 因为n ＝ ，所以光在油中的传播速度 v ＝ ＝ m/s ＝ 1.9×108 m/s 因此，油的折射率 三、测量玻璃的折射率 第1节 光的折射 三、测量玻璃的折射率 思考：折射率是衡量材料光学性能的重要指标。根据折射定律，可以测量材料的折射率。如果给你一块玻璃砖，光路如图所示，我们怎样去测量玻璃的折射率呢？ 三、测量玻璃的折射率 实验：测量玻璃的折射率 1.实验原理 用插针法确定光路，找出与入射光线AO相对应的出射光线O′B，就能够画出光从空气射入玻璃后的折射光线OO′，于是就能测量入射角θ1、折射角θ2。根据折射定律，就可以求出玻璃的折射率了。 三、测量玻璃的折射率 2.实验器材：两面平行的玻璃砖一块，大头针四枚，铅笔、图钉、白纸一张，直尺一把或三角板一个，量角器一个，木板。 3.实验步骤 （1）如图所示，将白纸用图钉钉在木板上。 （2）在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线)，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线。 三、测量玻璃的折射率 （3）把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，在白纸上画出玻璃砖的另一个界面bb′。 （4）在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P2的像挡住P1的像。这样大头针 P1、P2 就确定了射入玻璃砖的光线。 三、测量玻璃的折射率 （6）移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线O′B与bb′交于O′，直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。 （7）连接OO′就是玻璃砖内折射光线的路径。入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′。 （5）再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置。 三、测量玻璃的折射率 （8）用量角器测出入射角 θ1和折射角θ2，从三角函数表中查出它们的正弦值计算折射率。 （9）通过上面的步骤分别测出入射角为63°、45.2°、38.1°、30.4°、25.5°时的折射角，并查出它们相应的正弦值，计算折射率。 三、测量玻璃的折射率 平均值法 算出不同入射角时的比值 ，最后求出在几次实验中所测的 平均值，即为玻璃砖的折射率。 4.数据处理 三、测量玻璃的折射率 图象法 以sinθ1值为横坐标、以sinθ2值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示。描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线。求解图线斜率为k 故玻璃砖折射率： 三、测量玻璃的折射率 单位圆法 i A B O O΄ r a a΄ E F D C 三、测量玻璃的折射率 5.注意事项 （1）实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间，P2与O点之间，P3与P4之间，P3与O′之间距离要稍大一些。 （2）入射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差，太小，相对误差大，但入射角不宜太大，入射角太大，使折射光线弱，不易观察。 （3）注意不能用玻璃砖替代直尺画线，避免划伤和污染玻璃砖的光学面。可以用铅笔先在白纸上描出玻璃砖每个界面的两个点，然后取下玻璃砖再用直尺连成线。 三、测量玻璃的折射率 （4）在实验的过程中玻璃砖与白纸的位置都不能改变，移动会改变光路图，更不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面。 （5）玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm以上。若宽度太小，则测量误差较大。 （6）入射点应尽量靠近玻璃砖上界面的左侧，使之在玻璃砖的另一侧能够找到对应的出射光线。 三、测量玻璃的折射率 6.误差分析本实验测量误差产生的原因主要有： （1）画玻璃砖边界时的偶然误差； （2）插针时的偶然误差； （3）测量角度大小的读数误差； （4）三角函数值近似计算时存在的误差。 ①为了使入射光线和出射光线更精确，插大头针时两大头针间距应较大。 ②为减小测角时的相对误差，入射角要稍大些，但不宜太大，否则光线会从玻璃砖的侧面射出，并且入射角太大时，反射光较强，折射光会相对较弱。 ③为减小折射率的误差，可采用求多次不同入射角时n的值，然后取其平均值，即为玻璃的折射率。 三、测量玻璃的折射率 例3.在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，其实验光路图如图所示，对实验中的一些具体问题，下列说法正确的是（　　） A．若P1、P2 的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2 的像 B．实验中为方便操作可用玻璃砖代替尺子画线。 C．为了减小作图误差，P3 和 P4的距离应适当大一些 D．为减小测量误差， P1、P2 连线与玻璃砖界面法线的夹角越大越好 C 四、课堂总结 第1节 光的折射 四、课堂总结 折射定律 折射定律的表达式：=n12 折射定律内容 折射率 在光的折射或反射现象中，光路都是可逆的。 从真空射入某种介质发生折射时： 反映介质的光学性质的物理量 折射率与光速的关系：n ＝，由于c＞v，故任何介质的折射率n都大于1。 光的折射 五、练习与应用 第1节 光的折射 五、练习与应用 1.折射现象中，下列说法正确的是（　　） A.光从一种介质进入另一种介质时,一定会发生偏折 B.光从空气进入其他介质时,折射角大于入射角 C. 折射角一定小于入射角 D.光从一种介质进入另一种介质时,传播方向并非一定变化 D 五、练习与应用 2.关于折射率，下列说法中正确的是（　　） A.根据n= 可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比 B.根据n可知，介质的折射率可能为任何正数 C.根据n= 可知，介质的折射率等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比 D.以上说法都不对 C 五、练习与应用 3.一束光从空气射向某介质,在界面上发生反射和折射现象的光路如图所示,下列判断正确的是（ ） A.AO为入射光线,OB为反射光线,OC为折射光线 B.BO为入射光线,OC为反射光线,OA为折射光线 C.CO为入射光线,OB为反射光线,OA为折射光线 D.条件不足,无法确定 C 五、练习与应用 4.如图所示,人站在到槽边D的距离为l=1.2 m处,刚好能看到槽底的B位置,人眼距地面的高度H=1.6 m,槽中注满某种透明液体时,人刚好能看到槽底中央O点处。求:(已知光在真空中的传播速度c=3.0×108 m/s) (1)该液体的折射率。 (2)光在该液体中的传播速度。 五、练习与应用 解答 (1)光路如图所示 sin θ1===0.6 设槽深为h,宽为d,则由几何关系可知 == 所以sin θ2= 五、练习与应用 5.如图所示，在做“测量玻璃的折射率”实验时，先在白纸上放好一块两面平行的玻璃砖，描出玻璃砖的两个边MN和PQ，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在另一侧透过玻璃砖观察，再插上大头针P3、P4，然后做出光路图，根据光路图计算得出玻璃的折射率。关于此实验，下列说法中正确的是（　　） A.大头针P4 须挡住P3及P1、P2的像 B.入射角越大，折射率的测量越准确 C.利用量角器量出i1、i2，不可求出玻璃砖的折射率 D.如果误将玻璃砖的边PQ画到P′Q′，折射率的测量值将偏大 A Lavf58.33.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 学科网 rbm.xkw.com rbm.xkw.com rbm.xkw.com Lavf58.20.100 学科网版权所有 Lavf58.46.101 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.6.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $