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高中人教版 (2019)第四章 光1 光的折射精品教学设计
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这是一份高中人教版 (2019)第四章 光1 光的折射精品教学设计，共9页。教案主要包含了光的折射，折射率，折射率的测定等内容，欢迎下载使用。
人教版高中物理选择性必修1第4章第1节光的折射教学设计
课题
光的折射
单元
4
学科
物理
年级
高二
教材分析
本节教村对光的反时知识作了简单的回题，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、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。
教材首先以射水鱼为情境，引出光的折射的概念。接着通过折射实验，观察人射角和折射角的大小和动态变化情况，引导学生对物理现象进行简单的分析和推理，构建物理模型。通过对数据的定量研究，得到折射定律并介绍折射率这个反映介质光学性质的物理量。最后，教材通过一个测量玻璃折射率的实验和例题来落实折射率公式的应用，加深对折射率公式的理解。
教学目标与核心素养
物理观念：认识光的折射现象，知道法线、入射角、折射角的含义。
科学思维：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。
科学探究：理解折射率的概念，会通过实验测定玻璃的折射率。
科学态度与价值观：培养用物理实验探究科学问题的方法，养成细心严谨的科学态度。
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。
难点
理解折射率的概念，会通过实验测定玻璃的折射率。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
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
人教版高中物理选择性必修1第4章第1节光的折射教学设计
课题
光的折射
单元
4
学科
物理
年级
高二
教材分析
本节教村对光的反时知识作了简单的回题，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、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。
教材首先以射水鱼为情境，引出光的折射的概念。接着通过折射实验，观察人射角和折射角的大小和动态变化情况，引导学生对物理现象进行简单的分析和推理，构建物理模型。通过对数据的定量研究，得到折射定律并介绍折射率这个反映介质光学性质的物理量。最后，教材通过一个测量玻璃折射率的实验和例题来落实折射率公式的应用，加深对折射率公式的理解。
教学目标与核心素养
物理观念：认识光的折射现象，知道法线、入射角、折射角的含义。
科学思维：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。
科学探究：理解折射率的概念，会通过实验测定玻璃的折射率。
科学态度与价值观：培养用物理实验探究科学问题的方法，养成细心严谨的科学态度。
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。
难点
理解折射率的概念，会通过实验测定玻璃的折射率。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
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。
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