【教案】光的折射+教案-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

.1光的折射〖教材分析〗本节教材对光的反射知识作了简单的回顾，这部分内容学生在初中已有所学习。本节的重点是光的折射定律和折射率的测定，教学中要给予充分重视。教学中要求学生能在折射实验现象的基础上，经过分析和推理得出定性结论；再通过实验探究，分析实验数据，发现特点和规律，得出定量结论，从而培养学生科学思维和科学探究的能力。本节内容是第2节“全反射”的基础。〖教学目标与核心素养〗物理观念∶知道折射定律与折射率，能够完成测量玻璃的折射率实验。科学思维∶会区别光从空气入水和从水进入空气时的折射定律，知道折射率与介质有关，会利用折射定律解释相关光现象和计算有关问题。科学探究：会测定玻璃折射率，能解释生活中的折射现象。科学态度与责任∶从实验现象激发学生兴趣引出课题，使学生感受奇妙的物理现象，培养学生的科学素养。〖教学重难点〗教学重点：理解折射定律会利用折射定律解释相关光现象和计算有关问题。教学难点：理解折射率的概念，会通过实验测定玻璃的折射率。〖教学准备〗水、激光、玻璃砖等。〖教学过程〗一、新课引入（播放动图）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？二、新课教学阳光照射水面时，我们能够看到水中的鱼和草，同时也能看到太阳的倒影，这说明：光从空气射到水面时，一部分光射进水中，另一部分光返回到空气中。一般说来，光从第1种介质射到该介质与第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。遵循反射定律：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。我们已经知道光从一种介质斜射入另一种介质中，传播方向通常会发生改变，这种现象称为光的折射。这种现象发生在两种介质的分界面上，而且光必须是斜射入的，也就入射角不等于零度，才会有折射现象。如果光这样垂直射入分界面，光的传播方向不改变，是没有折射的。问题：光在反射时遵从反射定律，光在折射时遵从什么规律呢？（一）折射定律播放光的折射的实验视频。让一束光由一种介质斜着射向另一种介质。思考：光发生了折射，它的入射角θ1和折射角θ2存在什么样的关系呢？如图所示进行投影实验，多次改变入射角度，观察。得出实验规律：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。θ1sinθ1θ2sinθ2sinθ1/sinθ21300.50190.331.542400.64250.421.523500.77300.501.534600.87350.571.51平均值1.52测量多个入射角和折射角，找出这些数据之间的关系。从数据可以看出如果由光疏介质向光密介质传播，入射角大于折射角。但他们数值上并不是简单的正比关系，经过科学家进行了大量的实验，找到了他们之间的关系。入射角和折射角的正弦函数成正比，这个规律称为光的折射定律。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。（二）折射率对于不同的介质，这个常数n是不同的，他是一个反应光学性质的物理量，被称作介质的折射率。光从真空射入某种介质时，入射角和折射角正弦的比值叫做该种介质绝对折射率，简称折射率。实际生活中接触的都是由空气射入某种介质的情况，因为空气对光的传播影响很小，所以可以把空气当做真空处理，即把光从空气到某种介质的折射率近似看作绝对折射率。注意：n的大小与介质有关，与θ1和θ2无关，对于确定的介质，n是定值，不能说n∝sinθ1或n∝1/sinθ2在这个定律的基础上，在经过大量的实验发现介质的折射率还等于光在真空中的速度除以光在该介质中的速度以水为例，光在水中的速度等于在真空中速度的3/4，则水的折射率就等于真空的光速，除以水中的速度，约等于1.33（）。由于光在任何介质中的传播速度都小于真空中的光速，即分母小于分子，所以折射率永远是一个大于一的数。另外折射率还等于两个角的正弦之比，也就是两个数的比，所以折射率还是没有单位的。课本例题如图，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，恰好看到桶底上的点C，C、B两点相距1/4d。求油的折射率和光在油中传播的速度。解析：首先要根据题目的描述画出光路图。题目说当桶内没有油时，从a点恰能看到b点，这也就是说从b点向桶右沿发出的光线恰能通过A点，这3点是共线的。在这个等腰直角三角形中，这个角∠AON是45度，这个角∠BON也是45度。又说当桶油的深度等于高的一半时，在A点恰好能看到桶底上的c点，这里是指桶内有一半儿油时，C点发出的光线在油和空气的分界线发生折射时恰好能通过桶的右沿是向a点。因为折射光线恰好经过这两个点，所以它一定与AB光线是共线的。第一问，求球的折射率？你已经知道光由介质射向空气时入射角和折射角的正弦之比等于折射率分之一。要求折射率，只要求出这两角就可以。在图中分别标上入射角和折射角，在这个三角形中，入射角的正弦值等于对边比斜边即，要求CN/的长度，先要确定CN/的位置，其中已知油的高度是桶高的一半儿，这条线就是这个三角形的中位线，则O是斜边的中点，对应的N/的就是桶底的中点，已知BC等于1/4d。那CN/就是1/4d。在这个三角形中，斜边的平方等于两直角边的平方和，即，其中ON/油的高度，即1/2d，解得。再来看折射角，明显这两个同位角相等，所以折射角也是45度。即将这两个式子带入这里，即可求出油的折射率，即。再来看第二问，求光在油中的速度是多少。由折射率公式。有以后遇到这类联系实际的问题，一定要先画出光路图，再用几何方法算出对应线段的长度，然后用线段长度求助入射角和折射角的正弦值，就可以求出介质的折射率。求光在介质中速度的时候，直接利用折射率公式就可以了。（三）测量玻璃的折射率1.实验原理我们已经知道了折射率的定义式，显然要测量技术的折射率，只需要测定光在两气质中的入射角和折射角就可以了。要用激作为光源才能看到比较清晰的光路，然后再测定入射角和折射角。从三角函数表中查出他们的正弦值，记住表格里用以上方法分别求出入射角是30度，40度，50度，60度时与其对应的折射角，并查出他们的正弦值，利用折射率的定义式算出折射率，求出平均值，就是玻璃的折射率。θ1sinθ1θ2sinθ2sinθ1/sinθ21300.50190.331.542400.64250.421.523500.77300.501.534600.87350.571.51平均值1.52注意：在做这个实验的时候，不能用手直接拿玻璃砖的光洁面不然会变脏影响测量结果。也不能直接把玻璃砖当尺子画边界线，这样也会弄脏光洁面，甚至造成玻璃打破损。2.数据处理列表法：插针法测定玻璃的折射率，这是通过测量多组数据求平均值的方法来减小偶然误差。图像法：以sinθ1为纵坐标，以sinθ2横坐标，用表中的数据找到对应的点，连出一条过原点的直线，他的斜率k等于纵坐标比上横坐标写成式子，不就是折射率的定义式吗。这样，你只要将数据画到这样的图像中，求出直线斜率，可以求出折射率。但是每次实验数据都要查正弦函数表显很麻烦。正圆法：教你一个更简便的方法，以O点为圆心，任取一个长度为半径画圆。则有一样可以求得折射率。3.注意事项①插针的间距适当大些。实验中的四根针，AB，CD的间距如果过小，在确定光路方向时，容易出现较大的误差，只要他们的间距适当大些，这个误差就会减小很多。所以插针的间距要适当大些。②选用较厚的玻璃砖。类似的问题在选择玻璃砖时，砖的厚度如果太小，折射光线会不够明显这样也会造成光路较大的误差。所以要选用较厚的玻璃砖。③大头针要竖直插入。如果倾斜，一样会造成光路方向的误差。④入射角最好在30-60之间。最后是插针确定的入射角，如果太小，对应的折射角会更小，在角度测量时相对误差会更大，反之，如果入射角太大，反射光会太强，那么折射光就会非常弱，这样就不容易观察到钢针的像造成实验误差，所以入射角最好存在30度~60度之间。另外，如果折射光线受到了玻璃砖右侧，可将玻璃砖向右平移适当的距离即可。（四）折射率的应用1.海市蜃楼2.蒙气差现象3.铅笔弯折之谜课堂练习例1：图是光线由空气射入半圆形玻璃砖，再由玻璃砖射入空气中的光路图。O点是半圆形玻璃砖的圆心，指出哪些情况是可能发生的，哪些情况是不可能发生的。解：甲、丁不可能发生，乙、丙可能发生。注意：可能发生不表示一定发生，因未给出临界角，不能判断光线由玻璃进入空气时入射角是否大于临界角，即情况丙只能判断可能发生，不能断定一定发生。情况乙不但是可能发生，而且是一定发生。例2：图是光由空气射入某种介质时的折射情况，试由图中所给出的数据求出这种介质的折射率和这种介质中的光速。解：〖板书设计〗4.1光的折射一、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