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2019-2020年高中物理 4.1 光的折射定律教案 教科版選修3-4 三維教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)與技能 （1）掌握光的反射及反射定律； （2）掌握光的折射及折射定律； （3）掌握介質(zhì)的折射率的概念，了解介質(zhì)的折射率與光速的關(guān)系。 2、過程與方法：通過觀察演示實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解到光在兩種介質(zhì)界面上發(fā)生的現(xiàn)象(反射和折射)，觀察反射光線、折射光線隨入射角的變化而變化，培養(yǎng)學(xué)生的觀察、概括能力，通過相關(guān)物理量變化規(guī)律的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生分析、推理能力。 3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：滲透物理研究和學(xué)習(xí)的科學(xué)態(tài)度的教育，實(shí)驗(yàn)的客觀性與人的觀察的主觀性的矛盾應(yīng)如何解決，人的直接觀察與用儀器探測(cè)是有差別的，我們應(yīng)用科學(xué)的態(tài)度看待用儀器探測(cè)的結(jié)果。 教學(xué)重點(diǎn)：光的折射定律、折射率。折射率是反映介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量，由介質(zhì)來決定。 教學(xué)難點(diǎn)：光的折射定律和折射率的應(yīng)用，通過問題的分析解決加深對(duì)折射率概念的理解，學(xué)會(huì)解決問題的方法。 教學(xué)方法：引導(dǎo)、探究 教學(xué)用具：光的折射演示器，附件：接線板、火柴、煙霧發(fā)生器及煙霧源、半圓柱透明玻璃、直尺、計(jì)算器。 （一）引 入 初中已學(xué)過光的折射規(guī)律：折射光線跟入射光線和法線在同一平面內(nèi)；折射光線和入射光線分居在法線的兩側(cè)；當(dāng)光從空氣斜射入水或玻璃中時(shí)，折射角小于入射角；當(dāng)光從水或玻璃斜射入空氣中時(shí)，折射角大于入射角。初中學(xué)的光的折射規(guī)律只是定性地描述了光的折射現(xiàn)象，而我們今天要定量地進(jìn)行研究： （二）新課教學(xué) 演示：將光的激光演示儀接通電源，暫不打開開關(guān)，將煙霧發(fā)生器點(diǎn)燃置入光的折射演示器中，將半圓柱透明玻璃放入對(duì)應(yīng)的位置，打開開關(guān)，將激光管點(diǎn)燃，讓一束激光照在半圓柱透明玻璃的平面上，讓光線垂直于平面過圓心入射(沿法線入射)， 觀察：折射情況，a．角度，b．明暗程度與入射光線進(jìn)行對(duì)比。然后改變?nèi)肷浣沁M(jìn)行記錄，再次觀察能量改變的情況。 1、在兩種介質(zhì)的分界面上入射光線、反射光線、折射光線的能量分配 隨入射角的增大，反射光線的能量比例逐漸增加，而折射光線的能量比例逐漸減小。 2、經(jīng)歷了近1500年才得到完善的定律 （1）歷史發(fā)展：公元2世紀(jì)古希臘天文學(xué)家托勒密通過實(shí)驗(yàn)得到： A．折射光線跟入射光線和法線在同一平面內(nèi)； B．折射光線和入射光線分居在法線的兩側(cè)； C．折射角正比于入射角。 德國(guó)物理學(xué)家開普勒也做了研究。 （2）折射定律：最終在1621年，由荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅耳找到了入射角和折射角之間的關(guān)系。 將一組測(cè)量數(shù)據(jù)抄寫在黑板上讓學(xué)生進(jìn)行計(jì)算(用計(jì)算器)，光線從空氣射入某種玻璃。 入射角i() 折射角r() i/r sini/sinr 10 6.7 1.50 1.49 20 13.3 1.50 1.49 30 19.6 1.53 1.49 40 25.2 1.59 1.51 50 30.7 1.63 1.50 60 35.1 1.67 1.51 70 38.6 1.81 1.50 80 40.6 1.97 1.51 通過分析表中數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比 ，如果用n來表示這個(gè)比例常數(shù)，就有 這就是光的折射定律，也叫斯涅耳定律。 演示：如果使光線逆著原來的折射光線到界面上，折射光線就逆著原來的入射光線射出，這就是說，在折射現(xiàn)象中光路也是可逆的(在反射現(xiàn)象中，光路是可逆的)。 3、折射率 n 光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時(shí)，雖然入射角的正弦跟折射角的正弦之比為一常數(shù)n，但是對(duì)不同的介質(zhì)來說，這個(gè)常數(shù)n是不同的，這個(gè)常數(shù)n跟介質(zhì)有關(guān)系，是一個(gè)反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量，我們把它叫做介質(zhì)的折射率。 （1）折射率的定義式為量度式：折射率無單位，任何介質(zhì)的折射率不能小于1，記住水的折射率為1.33（4/3），玻璃的折射率為1.50（3/2） 說明： i是光線在真空中與法線之間的夾角，r是光線在介質(zhì)中與法線之間的夾角。光從真空射入某種介質(zhì)時(shí)的折射率，叫做該種介質(zhì)的絕對(duì)折射率，也簡(jiǎn)稱為某種介質(zhì)的折射率。相對(duì)折射率在高中不作要求，又因?yàn)榭諝獾慕^對(duì)折射率為1.00028，在近似計(jì)算中認(rèn)為空氣和真空相同，故有時(shí)光從空氣射入某種介質(zhì)時(shí)的折射率當(dāng)作絕對(duì)折射率進(jìn)行計(jì)算。 4、介質(zhì)的折射率與光速的關(guān)系 理論和實(shí)驗(yàn)的研究都證明：某種介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的速度c跟光在這種介質(zhì)中的速度之比： 例1：光在某介質(zhì)中的傳播速度是2.122108m/s，當(dāng)光線以30入射角，由該介質(zhì)射入空氣時(shí)，折射角為多少？ 解：由介質(zhì)的折射率與光速的關(guān)系得： 又根據(jù)介質(zhì)折射率的定義式得： r為在空氣中光線、法線間的夾角即為所求，i為在介質(zhì)中光線與法線間的夾角30。由(1)、(2)兩式解得： 所以r=45