光的折射（课件）-高教版第三版《物理（通用类）》【上好课】

主题六 光现象及其应用 6.1 光的折射 高教版《物理（通用类）》 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 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。 学习目标 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 野外摄影师拍到一个不明生物，画面中的身体上似乎“长”了4只脚。 问题：物体真的改变了形状，还是光的传播方向发生了变化？ 教师归纳：本课从视觉错位现象出发，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。 教材情境：看见的位置为什么会改变？ SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 - 教材原图：图6-1-1 四只脚的不明生物。 [/Sources] 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。 光线不是真实存在的细线，而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；反射角等于入射角。 光线模型 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 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：不是。光线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，可把看不见的传播路径转化为便于作图和推理的模型。 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；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。 即时练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 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。 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。 光的折射 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 - 教材原图：图6-1-2 人眼判断物体位置；图6-1-3 筷子在水面处弯折。 [/Sources] 问题：怎样用玻璃砖获得入射角和折射角的多组对应数据？ 实验方案： 1. 把矩形玻璃砖放在白纸上； 2. 使激光从空气射向玻璃； 3. 让入射角在0°—80°之间变化； 4. 每隔10°测量一个折射角并记录。 自变量：入射角；因变量：折射角。 玻璃砖探究 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 - 教材原图：图6-1-4 激光照射玻璃砖。 [/Sources] 测量范围 入射角从0°到80°。 测量间隔 每隔10°记录一个折射角。 数据趋势 折射角随入射角的增大而增大。 实验结论 折射角与入射角不成正比。 收集证据与实验结论 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 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。 观察法不是“随便看一看”：要先明确观察对象、步骤、测量量和记录方式，再依据多组数据归纳规律。 观察法 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 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。 其中c是真空中的光速，v是光在介质中的传播速度。 n = c ──── v 折射率 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 不同介质中的光速不同，因此折射率也不同。 空气 1.000 28（常近似取1） 水 约1.33 玻璃 约1.5—1.9 常见介质的折射率 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 光在真空中的传播速度最大，c≈3×10⁸ m/s；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。 同一真空光速下，折射率越大，光在介质中的传播速度越小。 折射率与光速 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 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。 选择镜片材料时，还要综合考虑耐磨、抗冲击和使用安全， 不能只比较折射率。 眼镜片与折射率 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 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。 解析：在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，也能避免凭单次现象下结论。 即时练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 4. 水的折射率约为1.33，求光在水中的传播速度。 答案： 解析：由折射率定义式变形，介质中的光速等于真空光速除以折射率。 v = c ──── n = 3 × 10⁸ m/s ──────── 1.33 ≈ 2.26 × 10⁸ m/s 即时练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 入射角和折射角都以法线为基准测量，不能相对界面测量。 n₁：入射介质的折射率 θ₁：入射角 n₂：折射介质的折射率 θ₂：折射角 角度均为光线与法线的夹角。 折射光路及角度 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 - 教材原图：图6-1-5 折射光路。 [/Sources] 光从折射率为n₁的介质射入折射率为n₂的介质时，入射角θ₁、折射角θ₂满足： 折射角与入射角不成正比；两角的正弦值满足上式。 sin θ₁ ────── sin θ₂ = n₂ ──── n₁ 光的折射定律 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 折射定律也可以写成等价的乘积形式： n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂ 这个规律称为光的折射定律，也称斯涅耳定律。 斯涅耳定律 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 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。 光线在折射率较小的介质中与法线的夹角较大。 判断偏折方向：先比较两种介质的折射率。 折射率与偏折方向 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 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。 反向追踪光路时，交换入射方向和折射方向，光仍沿原来的路径返回。 光路可逆 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 5. 光从空气斜射入玻璃时，入射角和折射角哪个较大？ 答案：入射角较大。玻璃折射率较大，玻璃中的光线更靠近法线。 解析：在折射率较大的介质中，光线与法线的夹角较小，因此折射角小于入射角。 6. 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：出射光线沿原入射光线反向传播。 解析：折射光路可逆，交换传播方向后，光仍沿原来的光路返回。 即时练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 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。 课堂背诵 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 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。 n = c ──── v 课堂背诵 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 4. 提问：光的折射定律有哪两种等价表达？ 答案： n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂ 5. 填空：光线在折射率较大的介质中与法线夹角较______；折射光路是______的。 答案：小；可逆。 sin θ₁ ───── sin θ₂ = n₂ ──── n₁ 课堂背诵 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 任务一：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，并写出要检验的猜想。 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。 师生互动：设计记录 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 任务二：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。 师生互动：比较介质 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 任务三：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。 师生互动：追踪光路 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 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。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 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。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 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。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 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。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 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。 v = c ──── n = 3 × 10⁸ m/s ──────── 1.5 ≈ 2.0 × 10⁸ m/s 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 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。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 光线与折射 光线用带箭头直线表示传播方向；折射是光跨越两种介质界面时传播方向改变。 实验与观察 在0°—80°内每隔10°测量对应折射角，用多组数据检验变化趋势和正比猜想。 折射率 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。 定律与可逆 比较折射率判断靠近或远离法线，用折射定律联系角度，用可逆性检查反向路径。 课堂小结 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] 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。 作业布置 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十课时《光的折射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第187—190页。 [/Sources] $