光的折射（教案）-高教版第三版《物理（通用类）》【上好课】

高教版第三版《物理（通用类）》 主题六 光现象及其应用 第一节 光的折射和全反射 授课班级 授课类型 新授课 授课教师 教学时长 1课时（45分钟） 教材分析 本课从光线模型和筷子弯折现象进入光的折射，经历玻璃砖观察与数据归纳，建立折射率和折射定律，认识光路可逆。内容由定性观察递进到定量表达，既突出物理模型、观察法和实验数据的证据作用，也为后续光学规律及技术应用奠定概念、公式和作图基础。 学情分析 学生在初中已学习光的直线传播和反射规律，见过筷子在水中弯折、透过玻璃观察物体等现象，但容易把光线当作真实细线，把入射角和折射角相对界面测量，也可能由两角同时增大误判为成正比。教学需借助模型、作图、玻璃砖多组数据和原生公式，逐步建立法线、角度、折射率与光路之间的联系。 教学目标 1.能说明光线模型和光的折射，解释筷子看似弯折等现象，知道观察法的含义。 2.能按0°—80°、每隔10°设计玻璃砖观察记录，依据数据说明折射角随入射角增大而增大但不成正比；理解折射率并完成简单光速计算。 3.能运用折射定律比较入射角与折射角，判断光线靠近或远离法线，说明光路可逆，形成用模型、证据和数学关系解释现象的意识。 教学重难点 重点：光的折射、折射率和折射定律；利用介质折射率判断光线与法线的夹角关系。 难点：区分相对法线测量的入射角与折射角；理解折射角与入射角不成正比而满足正弦关系；规范使用公式分析光路。 教学方法 教材情境导入、光线模型建构、反射规律回顾、玻璃砖观察、数据记录与归纳、公式推导与计算、光路作图、合作讨论和课堂评价。 课前准备 教师准备：教材、演示课件。 学生准备：教材、笔记本。 教学环节设计 教学环节 教学内容 设计意图 教学导入 【教材情境】野外摄影师拍到一个不明生物的身体上似乎“长”了4只脚；生活中把筷子斜插入水中，也会看到筷子在水面处好像弯折。 【问题】这些现象是物体真的改变了形状，还是光的传播方向发生了变化？光从空气射入水或玻璃时，入射角与折射角之间有什么规律？ 学生联系光的直线传播和反射规律，观察光在两种介质界面处的传播方向，提出用光线模型、角度测量和数据比较研究折射规律的思路。 【教师归纳】本课从视觉错位现象出发，依次认识光线模型、光的折射、观察法、折射率、折射定律和光路可逆，用实验与数学关系描述光在介质界面处的传播。 以教材错位照片和筷子弯折现象制造认知冲突，唤醒直线传播与反射旧知，提出折射规律的研究任务。 新知讲授 一、光线模型与光的折射 【教材定义】物理学中常用一条带箭头的直线表示光的传播方向，这条直线称为光线；光线是为了便于研究光的传播规律而建构的物理模型。 【知识回顾】光在同种均匀介质中沿直线传播；发生反射时，反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射角等于入射角。 【教材定义】光从一种介质射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象，称为光的折射。 【教材观察】人眼常沿射入眼睛的光线反向延长线判断物体位置，因此水中的物体会显得位置改变，斜插水中的筷子看起来在水面处发生弯折。 【即时练习1】光线是真实存在的细线吗？它在研究光现象时有什么作用？ 答案：光线不是真实存在的细线，而是表示光传播方向的物理模型。 解析：用带箭头的直线表示传播方向，可以把看不见的传播路径转化为便于作图和推理的模型。 【即时练习2】筷子斜插入水中时看起来在水面处弯折，说明光在界面处发生了什么现象？ 答案：光从水进入空气时传播方向发生改变，发生了光的折射。 解析：筷子没有真的弯折；进入眼睛的光线在水面处改变方向，人眼沿反向延长线判断位置，形成视觉错位。 【教师归纳】光线是研究传播方向的模型；折射是光跨越两种介质界面时传播方向改变的现象。 二、玻璃砖探究、观察法与折射率 【教材定义】观察法是人们有目的、有计划地通过感觉器官或借助科学仪器对研究对象进行观察，从而获得资料的一种方法。 【教材探究】把矩形玻璃砖放在白纸上，使激光从空气射向玻璃；让入射角在0°—80°之间变化，每隔10°测量一个折射角并记录。 【教材结论】光从空气射入玻璃时，折射角随入射角的增大而增大，但折射角与入射角不成正比。 【教材定义】光在真空中的传播速度与光在介质中的传播速度的比值，称为介质的折射率，用n表示：。 【教材结论】光在真空中的传播速度最大，；光在其他介质中的速度均小于该值，所以介质的折射率都大于1。 【教材数据】水的折射率约为1.33，玻璃约为1.5—1.9，空气约为1.000 28；空气的折射率非常接近1，常近似取1。 【教材应用】相同度数的眼镜片，材料折射率越高，镜片通常越薄、质量越小；选材时还要综合考虑耐磨、抗冲击和使用安全。 【即时练习3】玻璃砖实验为什么不能只测量一组入射角和折射角？ 答案：多次改变入射角并记录折射角，才能比较变化趋势，检验二者是否成正比，减少凭单次现象下结论。 解析：0°—80°内每隔10°测量一次，可获得一组有梯度的数据，为归纳折射规律提供证据。 【即时练习4】水的折射率约为1.33，求光在水中的传播速度。 答案：。 解析：折射率是真空光速与介质中光速的比值，因此介质中光速等于真空光速除以折射率。 【教师归纳】观察要有目的、有计划并留下数据；折射率反映介质对光传播的作用，同一真空光速下，折射率越大，介质中的光速越小。 三、光的折射定律与光路可逆 【教材定律】光从折射率为的介质射入折射率为的介质，入射角、折射角分别为、时，满足，即。这个规律称为光的折射定律，也称斯涅耳定律。 【教材结论】发生折射时，光线在折射率较大的介质中与法线的夹角较小，在折射率较小的介质中与法线的夹角较大。 【教材结论】如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线会逆着原来的入射光线发生折射，即光路是可逆的。 【即时练习5】光从空气斜射入玻璃时，入射角和折射角哪个较大？判断依据是什么？ 答案：入射角较大。 解析：玻璃的折射率大于空气，光线在折射率较大的玻璃中与法线的夹角较小，因此折射角小于入射角。 【即时练习6】一束光从空气沿某一路径射入水中。若让光从水中沿原折射光线反向射回，出射光线怎样传播？ 答案：出射光线会沿原入射光线反向传播。 解析：折射光路可逆，交换入射方向和折射方向后，光仍沿原来的光路返回。 【教师归纳】折射定律给出角度与两种介质折射率的定量关系；判断偏折先比较折射率，追踪反向传播则使用光路可逆。 按模型与现象—实验与折射率—定律与可逆性递进，把观察证据、数学表达和光路判断连成知识主线。 课堂背诵 1. 提问：什么是光线？它属于哪一类研究方法？ 答案：光线是表示光传播方向的带箭头直线，是为研究方便而建构的物理模型。 2. 填空：光从一种介质射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象称为光的______。 答案：折射。 3. 提问：什么是介质的折射率？定义式是什么？ 答案：光在真空中的传播速度与光在介质中的传播速度的比值叫折射率，。 4. 提问：光的折射定律有哪两种等价表达？ 答案：，即。 5. 填空：发生折射时，光线在折射率较大的介质中与法线的夹角较______；折射光路是______的。 答案：小；可逆。 围绕光线、折射、折射率、折射定律和光路可逆组织背诵，巩固必须准确表达的定义与规律。 师生互动 【任务一：设计记录】为玻璃砖探究设计记录表，说明自变量、因变量、测量范围和间隔，并写出依据数据应检验的猜想。 答案：自变量为入射角，因变量为折射角；入射角取0°—80°，每隔10°测量一次；检验折射角是否随入射角增大以及二者是否成正比。 【教师归纳】观察法不是随意观看，要预先明确对象、步骤、测量量和记录方式，再依据多组数据归纳。 【任务二：比较介质】根据水、玻璃和空气的折射率数据，比较光速大小，并说明高折射率眼镜片为什么能做得更薄。 答案：光速由大到小依次为空气、水、玻璃；相同度数下，高折射率材料使光偏折能力更强，镜片可做得更薄。 【教师归纳】折射率越大，光在介质中的传播速度越小；应用判断还要联系材料性能和实际需求。 【任务三：追踪光路】画出光从空气斜射入玻璃的法线、入射光线和折射光线，再用光路可逆标出反向传播路径。 答案：折射光线在玻璃中更靠近法线；反向入射时，光沿原折射光线返回，并沿原入射光线反向射出。 【教师归纳】作图先画界面和法线，再按介质折射率判断靠近或远离法线，最后用可逆性检查路径是否一致。 通过设计记录、比较介质和追踪光路三项任务，使学生把数据、公式、作图和材料应用相互印证。 课堂练习 1. 关于光线，下列说法正确的是（　　）。 A．光线就是细小的发光线 B．光线是表示光传播方向的物理模型 C．没有光线时光不能传播 D．光线只适用于研究反射 答案：B。 解析：光线是人为建构的模型，用带箭头的直线表示光的传播方向，并不是真实存在的细线。 2. 用玻璃砖探究光的折射时，下列做法最有利于归纳规律的是（　　）。 A．只观察一次光路 B．只记录入射角不记录折射角 C．改变入射角并成组记录对应的折射角 D．只凭折射光线外观判断是否成正比 答案：C。 解析：有计划地改变入射角并记录多组对应数据，才能判断变化趋势和是否成正比。 3. 斜插水中的筷子看起来在水面处弯折。请从光的传播和人眼判断物体位置两个方面解释。 答案：水中筷子发出的光进入空气时发生折射，人眼沿入眼光线的反向延长线判断位置，看到的像与实际位置不一致。 解析：现象由光在界面处改变传播方向和人眼按直线传播经验反向追踪共同造成，筷子本身并未弯折。 4. 某小组测得折射角随入射角增大而增大，便认定二者成正比。这个结论充分吗？怎样改进证据？ 答案：不充分；应在较大角度范围内等间隔测量多组数据，比较折射角与入射角的比值或进一步检验正弦值关系。 解析：同向变化不等于成正比；成正比还要求对应量的比值保持不变，多组数据才能检验猜想。 5. 某玻璃的折射率为1.5，求光在该玻璃中的传播速度。 答案：。 解析：由折射率定义式变形，用真空光速除以玻璃折射率；除法用上下分式表示，数字和单位用正体。 6. 光从空气斜射入折射率为1.5的玻璃。判断折射角与入射角的大小关系，并说明光反向传播时的路径。 答案：折射角小于入射角；若光沿原折射光线反向射入，会沿原入射光线反向射出。 解析：玻璃折射率大，玻璃中的光线更靠近法线；光路可逆保证反向传播与原路径重合。 用模型辨析、实验评价、现象解释、证据改进和计算作图检查学生能否迁移本课核心知识。 课堂小结 【教师提问】光线模型和光的折射分别描述什么？ 【教师归纳】光线用带箭头直线表示传播方向；折射描述光跨越两种介质界面时传播方向改变。 【教师提问】玻璃砖探究怎样获得可靠结论？ 【教师归纳】在0°—80°内每隔10°测量对应折射角，用多组数据判断变化趋势并检验是否成正比。 【教师提问】折射率表示什么，怎样联系光速与材料应用？ 【教师归纳】折射率是真空光速与介质中光速之比；折射率越大，介质中光速越小，高折射率镜片可做得更薄。 【教师提问】怎样用折射定律和光路可逆分析光路？ 【教师归纳】比较两种介质折射率判断光线靠近或远离法线，用折射定律定量联系角度，用可逆性检查反向路径。 以模型、探究、折射率、折射定律四组问题回扣学习路径，形成从定性观察到定量解释的结构。 作业布置 1．复习本节课的知识点； 2．完成课后练习； 3．整理笔记和易错题。 教学反思 ①目标达成：学生能解释折射现象，使用折射率和折射定律判断光路并完成简单计算。 ②典型问题：容易把角度相对界面测量，或由“同时增大”误判入射角与折射角成正比。 ③原因分析：法线、角度定义和成正比的数学判据尚未建立稳定联系。 ④改进措施：强化界面—法线—光线作图，用等间隔多组数据和正弦关系复核结论。 学科网（北京）股份有限公司 $