高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册1 光的折射教案

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?

观察演示图片。

思考在水中鱼的视觉里看昆虫是在什么位置。

 学生通过对初中物理的学习，对折射的概念已经有所了解，但对折射的本质还不清楚，再次引导学生思考产生折射现象的原因。

讲授新课

一、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。

实验一：探寻入射角和折射角之间的关系。

   折射光线与入射光线、法线在同一平面内，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。

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。

2.定义式:（n>1）

3. 说明：

（1）折射率无单位，任何介质的折射率皆大于1。

（2）n的大小与介质有关，与i和r无关，对于确定的介质，n是定值.

（3）物理意义---反映介质对光的偏折能力的大小

（4）折射的原因---光在不同介质中的速度不同。

课堂练习1、(多选)关于光的折射,下列说法错误的是(　　    )

A.折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内

B.入射光线和法线与折射光线不一定在一个平面内

C.入射角总大于折射角

D.光线从空气斜射入玻璃时,入射角大于折射角

解析：根据折射定律,入射光线、折射光线和法线一定在同一平面内,选项B错误;入射角不一定总大于折射角,选项C错误。

答案：BC

思考1、插入水中的筷子为什么会弯折？

人看水中的物体，看到的是物体的虚像，像的位置比物体的实际位置偏高，人感觉筷子弯折了，杯中的水也变浅了。

思考2、水中的鱼看岸上的景物会是怎样的情景？

思考3、如果没有大气，将迟一些看到太阳还是早一些看到太阳？

例题、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，恰好看到桶低上的点C，ＣＢ两点距离d/4．求油的折射率和光在油中传播的速度。

解析：

三、折射率的测定

实验二：测定玻璃的折射率。

原理：如图所示,通过插针法找出跟入射光线对应的出射光线,从而找出折射光线和折射角θ2,再根据求出玻璃的折射率。

讨论1：本次实验需要哪些器材？

木板、白纸、玻璃砖、大头针、量角器、刻度尺、铅笔。

讨论2、简述主要的实验步骤

1、在白纸上画一直线aa'作为界面,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。

2、把长方形玻璃砖放在白纸上,并使其长边与aa'重合,再用刻度尺画出玻璃砖的另一边bb'。

3、在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2。

4、从玻璃砖bb'一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住。再在bb'一侧插上两枚大头针P3、P4,使P3能挡住P1、P2的像,P4能挡住P3本身及P1、P2的像。

5、移去玻璃砖,在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置,过P3、P4作直线O'B交bb'于O'。连接O、O',OO'就是玻璃砖内折射光线的方向。∠AON为入射角,∠O'ON'为折射角。

6、改变入射角,重复实验。

讨论3、本实验有哪些注意事项？

1.实验时,应尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、P3与O'之间距离要稍大一些。

2.入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°)。当θ1太大时,反射光较强,出射光较弱;当θ1太小时,入射角、折射角测量的相对误差较大。

3.操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,更不能把玻璃砖界面当作尺子画界线。

4.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。

讨论4、如何进行数据处理

①计算法

用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sinθ1和sinθ2。算出不同入射角时的 sinθ1/sinθ2 ,并取平均值。

②作sinθ1-sinθ2图象

改变不同的入射角θ1,测出不同的折射角θ2,作sinθ1-sinθ2图象,由n= sinθ1/sinθ2 ,可知图象应为直线,如图所示,其斜率为玻璃的折射率。

讨论5、怎样可以减小误差？

1、入射光线、出射光线确定的准确性造成误差,故在入射侧和出射侧所插两枚大头针的间距应大一些。

2、入射角和折射角的测量造成误差。入射角应适当大一些,可以减小测量的相对误差。

课堂练习3、在测定玻璃折射率的实验中:(1)某同学实验插针的步骤如下

A.在表示入射光线的AO上插上大头针P1、P2;

B.通过玻璃砖观察P2、P1,调整视线,直到P1的像被P2的像挡住;

C.再观察一侧插上大头针P3、P4,记下P3、P4的位置。

这位同学在操作中有什么重要疏漏?　　　　　　　　　　　　　　 

(2)以通过P1、P2的直线与玻璃砖的交点O为圆心,以某一适当长度R为半径画圆,与OA交于A,与OO'的延长线交于C,如图所示,过A、C分别作玻璃砖界面的法线MN的垂线,图中B、D分别为垂足,用刻度尺量得AB=45 mm,CD=30 mm,则玻璃砖的折射率为　　　　。 

(3)在测定玻璃的折射率的实验中,对一块两面平行的玻璃砖,用“插针法”找出与入射光线对应的出射光线,现有甲、乙、丙、丁四位同学分别做出如图所示的四组插针结果。

①从图上看,肯定把针插错了的同学是　　　　。 

②从图上看,测量结果准确度最高的同学是　　　　。 

答案：插针时应使P3挡住P1和P2的像,P4挡住P1、P2、P3的像　；1.5；丙；丁。

观察折射现象。并画出光路图。

学生动手实验操作。

总结数据，得出结论。

总结折射率的定义。

完成课堂练习。

结合折射率的概念，思考为什么筷子会折弯。

完成课本例题。

学生结合折射率的概念，自主设计实验，探究测量折射率的方法。

掌握科学处理实验数据的方法。

完成课堂练习。

引导学生通过实验探究入射角和折射角之间的关系。

让学生通过图像处理数据，总结出折射角与入射角之间的关系。提高学生用图像处理数据的能力。

结合思考问题，让学生对折射现象能有进一步的认识，并用动画演示解释原因。

练习利用折射率解决实际问题。

物理是一门以实验为基础的学科，让学生通过实验探究，掌握测量折射率的方法和科学处理实验数据的方法，提高学生的动手操作能力和数据处理能力。

拓展提高

1、关于折射率,下列说法正确的是(　　)

A.根据 可知,介质的折射率与入射角的正弦成正比

B.根据 可知,介质的折射率可能为任何正数

C.根据可知,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

解析：某种介质的折射率只与介质本身有关,与角度无关,选项A错误;介质的折射率都大于1,选项B错误;由可知,选项C正确,D错误。

答案：C

2、一束光线与水面方向成30°,从空气射入水中,其反射光线和折射光线恰好垂直,则反射角和折射角分别为(　　)

A.30°,30° B.60°,60°

C.60°,30° D.30°,60°

解析：画光路图如图所示,入射角与反射角相等,故入射角为60°,反射角也为60°,故选项A、D错误;由几何知识,折射角为30°,故选项B错误,C正确。

答案：C

3、(多选)一束光从某种介质射入空气中时,入射角θ1=30°,折射角θ2=60°,折射光路如图所示,则下列说法正确的是(　　)

A.此介质折射率为

B.此介质折射率为

C.相对于空气此介质是光密介质

D.光在介质中的速度比在空气中大

解析:由入射角、折射角及折射定律的含义知,则此介质比空气的折射率大,故相对于空气为光密介质,又由知D项错误。

答案：BC

完成拓展提高练习题。

通过完成练习题，巩固基础知识。

课堂小结

一、折射定律

二、折射率：

三、实验：折射定律的测定

总结本节课所学知识。

帮助学生梳理基础知识，建立知识框架。

板书