（浙江新高考专用版）2024-2025学年高中物理 第十三章 光 微型专题 几何光学的原理及应用教学实录 新人教版选修3-4

（浙江新高考专用版）2024-2025学年高中物理第十三章光微型专题几何光学的原理及应用教学实录新人教版选修3-4学校授课教师课时授课班级授课地点教具设计意图本节课旨在引导学生深入理解几何光学的基本原理，结合实际生活中的应用，培养学生的物理思维和解决问题的能力。通过实例分析，使学生掌握光学仪器的基本原理和构造，提高学生运用所学知识解决实际问题的能力。核心素养目标培养学生运用物理模型解释自然现象的能力，提升学生的科学探究素养；通过实验操作，增强学生的实验操作技能和科学思维；引导学生理解光学原理在技术中的应用，培养创新意识和实践能力。学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：学生在学习本章节之前，已经学习了光学的基本概念，如光的直线传播、反射和折射等。此外，他们还应具备一定的几何知识，如平面几何和立体几何的基本原理。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：学生对光学现象通常表现出浓厚的兴趣，尤其是在日常生活中观察到光学现象时。学生的能力水平参差不齐，部分学生可能对几何光学原理的理解较为深入，而另一些学生可能需要更多的时间来消化吸收。学习风格方面，学生中既有偏好理论学习的，也有更倾向于实践操作的。

3.学生可能遇到的困难和挑战：学生在学习几何光学原理时，可能会遇到以下困难：一是理解几何光学中的抽象概念，如光路可逆性、光程等；二是将抽象的光学原理应用于实际问题，如光学仪器的构造和工作原理；三是解决涉及复杂几何关系的实际问题。此外，学生在实验操作中可能遇到实验误差、仪器操作不当等问题。教学资源准备1.教材：确保每位学生都有本节课所需的教材或学习资料，如《光学》教材。

2.辅助材料：准备与教学内容相关的图片、图表、视频等多媒体资源，以帮助学生直观理解几何光学原理。

3.实验器材：如果涉及实验，确保实验器材的完整性和安全性，如透镜、光源、屏幕等。

4.教室布置：根据教学需要，布置教室环境，设置分组讨论区，并准备实验操作台，以便学生进行实际操作。教学过程设计一、导入环节（5分钟）

1.创设情境：利用生活中的实例，如激光笔照射出的光点、镜子的反射等，引起学生对光学现象的关注。

2.提出问题：引导学生思考光的传播路径、反射规律等，激发学生的学习兴趣和求知欲。

3.活动时间：5分钟

二、讲授新课（25分钟）

1.光的直线传播：讲解光的直线传播原理，通过实验演示和实例分析，让学生理解光的直线传播。

2.光的反射：讲解反射定律，通过几何图形展示反射现象，使学生掌握反射规律。

3.光的折射：讲解折射定律，通过实验演示和实例分析，让学生理解光的折射现象。

4.光学仪器的原理：介绍常见的光学仪器，如透镜、棱镜等，讲解其工作原理和构造。

5.活动时间：25分钟

三、巩固练习（15分钟）

1.练习题讲解：布置几道与新课内容相关的练习题，由学生独立完成，教师巡视解答，帮助学生巩固所学知识。

2.小组讨论：将学生分成小组，讨论练习题中的难点问题，培养学生的合作精神和团队意识。

3.活动时间：15分钟

四、课堂提问（5分钟）

1.针对新课内容，提出一些思考性问题，如“光的折射为什么会使物体看起来变形？”等，引导学生深入思考。

2.邀请学生回答问题，对回答正确的学生给予肯定和鼓励，对回答错误的学生给予指导和帮助。

3.活动时间：5分钟

五、师生互动环节（10分钟）

1.教师引导学生进行实验操作，观察实验现象，分析实验数据。

2.学生提问环节：学生可以就新课内容向教师提问，教师针对学生的疑问进行解答。

3.教师点评：对学生在课堂上的表现进行点评，肯定优点，指出不足。

4.活动时间：10分钟

六、核心素养能力的拓展要求（5分钟）

1.引导学生关注光学在科技领域的应用，如光纤通信、激光技术等。

2.通过实例分析，培养学生的创新意识和实践能力。

3.鼓励学生在生活中观察光学现象，提高学生的科学素养。

4.活动时间：5分钟

总计用时：45分钟教学资源拓展1.拓展资源：

-光学原理在艺术中的应用：介绍光学原理如何应用于绘画、摄影等领域，如透视画法、镜头焦距等。

-光学在建筑中的应用：探讨光学原理在建筑设计中的重要性，如利用透镜和棱镜进行自然光引导、节能设计等。

-光学在医学中的运用：介绍光学技术在医学诊断和治疗中的应用，如内窥镜、激光手术等。

-光学在通信技术中的发展：讲述光纤通信的发展历程，以及光学在通信技术中的关键作用。

-光学在日常生活用品中的应用：介绍光学原理在日常生活中的应用，如眼镜、放大镜、眼镜片等。

2.拓展建议：

-鼓励学生阅读相关科普书籍，如《光学的故事》、《光学原理与应用》等，以拓宽知识面。

-建议学生观看光学相关的纪录片或教育视频，如《探索光学》、《光的奥秘》等，通过视觉体验加深理解。

-组织学生参观科技馆或光学实验室，实地观察光学仪器和实验，增强直观感受。

-引导学生参与光学实验项目，如制作简易望远镜、研究光的衍射等，提高动手能力和实验技能。

-鼓励学生参与科技创新活动，如设计光学装置、研究光学现象的原理等，培养学生的创新思维和实践能力。

-建议学生关注光学领域的最新研究动态，如新型光学材料、光学成像技术等，了解光学科学的发展趋势。

-组织学生进行小组讨论，分享各自对光学原理的理解和应用，促进知识的交流和碰撞。

-鼓励学生撰写光学相关的科普文章或研究报告，提高学术写作能力和研究能力。典型例题讲解例题1：一束光线从空气射入水中，入射角为30°，求折射角。

解答：根据斯涅尔定律，n1*sinθ1=n2*sinθ2，其中n1和n2分别为空气和水的折射率，θ1和θ2分别为入射角和折射角。已知n1=1（空气的折射率），n2=1.33（水的折射率），θ1=30°，代入公式得：

1*sin30°=1.33*sinθ2

0.5=1.33*sinθ2

sinθ2=0.5/1.33

sinθ2≈0.376

θ2≈arcsin(0.376)

θ2≈22°

所以，折射角θ2约为22°。

例题2：一个凸透镜的焦距为10cm，一物体放在透镜前20cm处，求像的位置和大小。

解答：根据透镜成像公式，1/f=1/v-1/u，其中f为焦距，v为像距，u为物距。已知f=10cm，u=20cm，代入公式得：

1/10=1/v-1/20

1/v=1/10+1/20

1/v=3/20

v=20/3

v≈6.67cm

所以，像距v约为6.67cm。

根据放大率公式，m=-v/u，代入已知值得：

m=-6.67/20

m≈-0.333

所以，像的大小约为物体大小的1/3。

例题3：一个凹透镜的焦距为-15cm，一物体放在透镜前30cm处，求像的位置和大小。

解答：根据透镜成像公式，1/f=1/v-1/u，其中f为焦距，v为像距，u为物距。已知f=-15cm，u=30cm，代入公式得：

1/(-15)=1/v-1/30

1/v=1/(-15)+1/30

1/v=-2/30+1/30

1/v=-1/30

v=-30cm

所以，像距v约为-30cm。

根据放大率公式，m=-v/u，代入已知值得：

m=-(-30)/30

m=1

所以，像的大小与物体大小相同。

例题4：一束光线从水中射入空气，入射角为45°，求折射角。

解答：根据斯涅尔定律，n1*sinθ1=n2*sinθ2，其中n1和n2分别为水和空气的折射率，θ1和θ2分别为入射角和折射角。已知n1=1.33（水的折射率），n2=1（空气的折射率），θ1=45°，代入公式得：

1.33*sin45°=1*sinθ2

1.33*0.707=sinθ2

sinθ2=0.943

θ2≈arcsin(0.943)

θ2≈69.3°

所以，折射角θ2约为69.3°。

例题5：一物体放在凸透镜前20cm处，透镜的焦距为15cm，求像的位置和大小。

解答：根据透镜成像公式，1/f=1/v-1/u，其中f为焦距，v为像距，u为物距。已知f=15cm，u=20cm，代入公式得：

1/15=1/v-1/20

1/v=1/15+1/20

1/v=4/60+3/60

1/v=7/60

v=60/7

v≈8.57cm

所以，像距v约为8.57cm。

根据放大率公式，m=-v/u，代入已知值得：

m=-8.57/20

m≈-0.429

所以，像的大小约为物体大小的0.429倍。板书设计①几何光学基本原理

-光的直线传播：同种介质中光沿直线传播。

-光的反射：入射角等于反射角。

-光的折射：折射定律（斯涅尔定律）：n1*sinθ1=n2*sinθ2。

②几何光学仪器原理

-凸透镜成像：实像与虚像的区分，放大率m=-v/u。

-凹透镜成像：虚像的特性。

-平面镜成像：成像规律，像与物等大、等距、垂直。

③光学实验与现象

-光的干涉：双缝干涉实验，光程差与干涉条纹。

-光的衍射：单缝衍射，衍射角与波长、缝宽的关系。

-光的偏振：偏振光的产生与性质。课堂小结，当堂检测课堂小结：

1.本节课我们学习了几何光学的基本原理，包括光的直线传播、反射和折射等。

2.我们了解了光的反射定律和折射定律，以及它们在光学仪器中的应用。

3.通过实例分析，我们学习了凸透镜、凹透镜和平面镜的成像规律。

4.我们还探讨了光学在生活中的应用，如眼镜、望远镜和显微镜等。

当堂检测：

1.请简要描述光的直线传播现象，并举例说明。

2.根据斯涅尔定律，当光线从空气斜射入水中时，下列哪种情况是正确的？

A.折射角大于入射角

B.折射角小于入射角

C.折射角等于入射角

D.折射角和入射角互为补角

3.一个物体放在凸透镜前30cm处，凸透镜的焦距为15cm，求像的位