4.1 光的折射（培优教学课件）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，涵盖折射现象、折射定律、折射率及玻璃折射率测量实验。通过“筷子弯折”生活现象导入，衔接光的反射知识，构建从现象到规律的学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，通过插针法实验及平均法、图象法等数据处理，结合实验动画巩固操作。融入科学思维，分组绘制折射模型分析规律，联系水下探测等工程实例，助学生建立完整物理观念，教师可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 思考： 放入水中的筷子为什么看起来像是被折断了？ 筷子“弯折” 物理观念 认识光的折射现象，能准确区分入射角、折射角；理解折射定律内容，掌握折射率物理意义，知道折射率越大介质折光能力越强；明确光在介质中传播速度与折射率的定量关系；能解释射水鱼捕食、池水变浅等生活折射现象，建立光跨越介质界面发生折射、折射率决定光路偏折程度的完整几何光学观念。 科学探究 围绕光的折射实验、入射角与折射角测量、折射定律验证、折射率的测量等内容，强化从实验现象中总结物理规律的过程体验。 学习目标 科学思维 分组完成玻璃砖测量折射率实验，规范插针确定入射、出射光线，画出玻璃砖内折射光路，测量入射角与折射角并计算玻璃折射率；对比表格内不同介质折射率数值，归纳折光能力规律；小组拆解储油桶计算题几何光路，分步求解折射率与介质光速。 科学态度 与责任 通过生活实景、光路示意图、分组实验、定量计算层层递进探究折射规律，培养规范作图、严谨实验操作、精准数据计算的求真科研品格；结合水下捕鱼、光学玻璃制造、光纤传输等光学工程应用，认识折射率规律支撑光学器件研发，树立学好几何光学知识服务工业制造、水下探测、通信技术的学以致用责任意识。 学习目标 重点 光的折射概念、入射角与折射角定义 折射定律、折射率物理意义 玻璃砖插针法测折射率实验原理与操作 折射率与介质光速的换算计算 难点 准确区分光线与法线的夹角（入射角、折射角）和光线与界面的夹角 插针法确定玻璃砖内部折射光线的实验逻辑 结合几何图形拆解实际场景光路，完成折射率定量计算 重点难点 1. 折射定律 2. 折射率 3. 测玻璃的折射率 4. 课堂总结 5. 练习与应用 6. 提升训练 第1节 光的折射 学习内容 回顾复习——光的反射 界面 入射光线 反射光线 法线 入射角 反射角 光的反射：光照射到两种介质的界面上,一部分返回原来介质的现象。 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 光路可逆 反 射 定 律 第1节 光的折射 一、折射定律 一、折射定律 观察实验，实验中，除了能够看到光的反射现象，还可以看到光的折射现象。那什么是光的折射呢？ 光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象 一、折射定律 折 射 规 律 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光的折射也满足光路可逆原理 ④当入射角增大时，折射角也随着增大 关于光的折射，除了这些定性的规律之外，它的入射角和折射角之间是否存在定量的关系？ 一、折射定律 演示实验： 光由空气射入玻璃中 改变入射角，且测出入射角与折射角的大小，找出这些数据间的关系。 一、折射定律 实验数据 入射角θ1 折射角θ2 θ1/θ2 sinθ1/ sinθ2 10° 6.7° 1.50 1.49 20° 13.3° 1.50 1.49 30° 19.6° 1.53 1.49 40° 25.2° 1.59 1.51 50° 30.7° 1.63 1.50 60° 35.1° 1.67 1.51 70° 38.6° 1.81 1.50 80° 40.6° 1.97 1.51 从这些数据里，你发现了什么规律？ 一、折射定律 1621年，荷兰数学家斯涅耳分析了大量的实验数据后，找到了两者之间的关系，并把它总结为光的折射定律：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 历史上的发现： 斯涅耳 这个比值叫什么呢？它的物理意义是什么？ 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，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率，用符号 n 表示。 2、物理意义---反映介质对光的偏折能力的大小。 研究表明，某种介质的折射率，还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。即： 二、折射率 说明：（1）n的大小与θ1和θ2无关，与介质和入射光的频率有关，对于 确定的介质，n是定值，不能说n∝sinθ1或n∝1/sinθ2 （2）折射率无单位，任何介质的折射率皆大于1。 （3）折射率反映介质对光的偏折作用，n越大光线偏折越厉害。 (4) 光从一种介质进入另一种介质时,折射角与入射角的大小关系不要一概而论,要视两种介质的折射率大小而定。 (5) 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。 二、折射率 3、深度思考：绝对折射率的决定因素 几种介质的折射率（λ ＝ 589.3 nm t ＝ 20 ℃） 介 质 折射率 介 质 折射率 金刚石 2.42 岩 盐 1.55 二硫化碳 1.63 酒 精 1.36 玻 璃 1.5-1.8 水 1.33 水 晶 1.55 空 气 1.00028 结论： 1、绝对折射率与介质有关 2、书中表格里的折射率其实是特定光的频率（平均频率）。不仅与介质有关，与光波的频率（波长）也有关系 3、折射率也和温度有关。 二、折射率 学习反馈： (1)我们能不能说光从一种介质射入另一种介质时光的传播方向一定发生改变?为什么? (2)我们能不能说光从一种介质射入另一种介质时光的传播速度一定发生改变?为什么? 不能。入射光垂直界面射入时,光的传播方向不变。 能。两种介质的折射率不同,光的传播速度一定不同。 二、折射率 （4）如果我们把真空当作一种介质来看待,真空的折射率是多大? 比例常数n12的1是空气，2是水。 （3）若光从空气进入水中，折射定律中的比例常数n12的1和2分别代表什么介质？ 真空的折射率是1。 （5）光从一种介质进入另一种介质时入射角一定大于折射角吗? 不一定。要看两种介质中哪一种介质的折射率大。 三、测玻璃的折射率 第1节 光的折射 三、测玻璃的折射率 实验目的 掌握测定玻璃折射率的方法。 实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。 实验原理 三、测玻璃的折射率 实验步骤 （1）如图所示,将白纸用图钉钉在平木板上。 （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。 （3）把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa′对齐,画出玻璃砖的另一边bb′。 三、测玻璃的折射率 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。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。 出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角。 5.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。 6.连接OO′,入射角i=∠AON,折射角r=∠O′ON′,用量角器量出入射角和折射角。 7.用上述方法测量 三、测玻璃的折射率 数据处理 方法1——平均值法 用量角器量出入射角θ1和折射角θ2，算出不同入射角时 的比值 ，最后求出平均值，即为玻璃砖的折射率。 方法2——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。斜率k的倒数即玻璃砖折射率。 三、测玻璃的折射率 方法3——单位圆法 在不使用量角器的情况下,可以用画单位圆法。 (1)以入射点O为圆心,以一定长度R为半径画圆,交入射光线OA于E点,交折射光线OO′于E′点,过E作NN′的垂线EH,过E′作NN′的垂线E′H′,如图所示。 (2)由图中关系sini= EH / OE, sinr=E′H′/ OE′, OE=OE′=R则 n= sini /sinr= EH/ E′H′, 只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n。 三、测玻璃的折射率 注意事项 1.实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上,且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些。 2.入射角i应适当大一些,以减小测量角度的误差,但入射角不宜太大。 3.在操作时手不能触摸玻璃砖的光洁面,更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。 4.在实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。 5.玻璃砖应选用宽度较大的,宜在5 cm以上。若宽度太小,则测量误差较大。 三、测玻璃的折射率 实验动画——巩固一下 四、课堂总结 第1节 光的折射 四、课堂总结 光的折射 折射定律 测量玻璃的折射率 折射率 插针法 五、练习与应用 第1节 光的折射 五、练习与应用 1、一束单色光从空气斜射入玻璃中的情境如图所示。下列说法正确的是（　　） A．AO是入射光，OB是反射光 B．BO是入射光，OC是折射光 C．是入射角，是反射角 D．光若沿CO入射，将沿OA射出 [答案] B [解析] ABC．过入射点O作垂直于界面的法线EF（如图）。反射光线与入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角；折射光线与入射光线分居法线两侧，光由空气斜射入其他透明介质时，折射角小于入射角。因此可得：BO为入射光，OA为反射光，OC为折射光，是入射角，是反射角，是折射角，故AC错误，B正确； D．根据光路的可逆性，若光沿CO入射，将沿OB射出，故D错误。 五、练习与应用 2、关于光的折射，下列说法正确的是（    ） A．在光的折射现象中，光路是不可逆的 B．光从空气斜射入水中会发生折射现象 C．折射光线与入射光线位于法线的同侧 D．折射角一定会大于入射角 五、练习与应用 [答案] B [解析] A．在光的折射现象中，光路是可逆的，A错误； B．光从空气斜射入水中会发生折射现象，B正确； C．据折射定律可知，折射光线与入射光线分居法线两侧，C错误； D．若光线从光疏介质斜射入光密介质，折射角小于入射角，D错误。 五、练习与应用 3、关于折射率，下列说法正确的是（　　） 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，介质的折射率与折射角的正弦成反比 C．根据n=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 五、练习与应用 [答案] C [解析] AB．介质的折射率是反映介质光学性质的物理量，由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角无关，选项AB错误； C．由于真空中的光速c是个定值，故介质的折射率n与光在该介质中的传播速度v成反比，选项C正确； D．由于v=λf，当频率f一定时，光在介质中的速度v与波长λ成正比，又折射率n与速度v成反比，故折射率n与光在介质中的波长λ也成反比，选项D错误。 故选C。 五、练习与应用 4、一束频率为的单色光从空气射入水中，光路如图所示，其中光在空气中的速度为，则（　　） A．水的折射率为 B．光在水中的速度为 C．光在水中的波长为 D．光在水中的频率为 五、练习与应用 [答案] D [解析] A．根据光的折射定律可知，水的折射率应该为，故A错误。 BCD．光从一种介质射入另一种介质，频率不变仍为，而速度变为 波长为，故BC错误，D正确。 故选D。 五、练习与应用 5、一半圆柱形玻璃砖的横截面如图所示，一束复色光从点沿半径射入，在圆心点分成三束光。则（　　）  A．该复色光一定由三种单色光组成 B．该复色光可能由两种单色光组成 C．与两束光比较，前者在玻璃砖中的折射率较大 D．与两束光比较，后者在玻璃砖中的速率较大 五、练习与应用 [答案] B [解析] AB．如果该复色光由两种单色光组成， 则这两种单色光都发生了折射和反射，与两束光分别为其折射光束， 为重合的反射光束； 如果该复色光由三种或三种以上单色光组成， 则 与两束光分别为折射率较小的两种色光的折射光束，为折射率较小的两种色光的反射光束及其他折射率较大的单色光发生全反射时光束的重合；所以选项错误，B正确； CD． 与 两束光比较，前者在玻璃砖中的偏折程度较小，则折射率较小，根据 可知，在玻璃砖中的速率较大，选项 CD 错误。 故选B。 五、练习与应用 谢谢观看！ 学科网 rbm.xkw.com rbm.xkw.com rbm.xkw.com Lavf58.20.100 学科网版权所有 $