2022年高三物理 第十九章 光的传播 二、光的折射(第一课时)

2022年高三物理 第十九章 光的传播 二、光的折射(第一课时)本节教材分析新教材将光的反射、平面镜一节删除，只在光的折射中简要回顾了光的反射定律及反射中光路可逆，但在章末的练习中给出了“人在镜中能看到自己的全身像所需平面镜的最短长度及悬挂方法”这样的题，所以平面镜成像特点及作图法依然要作必要的复习和补充.折射定律在初中是作为实验的结论提出来的.没有讲入射角的正弦与折射角的正弦成正比，只是说入射角与折射角哪个大.高中教材中简要地介绍了折射定律发现的过程，通过史料的学习可以使学生认识到科学上的发现，是经过曲折的艰辛过程的，培养学生为科学献身的精神.同时，也可以启发学生遵循人类认识发展的规律去学习物理定律.折射率是掌握折射定律的关键，也是难点，学生感到难，是因为没有弄清掌握折射率的几个层次，即（1）当光由真空射入水中时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但是正弦值之比却是个常数.（2）对不同的介质具有不同的常数，说明常数反映着介质的光学特性.（3）介质的折射率跟光在其中的传播速度v有关.n=.课本为了让学生理解这一点，特别在后面设置了一个课外小实验.如果能让学生亲自动手做一做，对学生理解这一知识点应该是有很大帮助的.阅读材料相对折射率和绝对折射率可以开阔学生的视野.对折射定律有更完善的认识.学生情况较好的学校可以指导学生阅读，做一些小练习.教学目标一、知识目标1.知道反射定律的确切含义，并能用来解释有关现象.2.知道反射现象中光路是可逆的，并能用来处理有关问题.3.知道平面镜成像特点及作图方法.4.理解折射定律的确切含义，并能用来解释有关的光现象和计算有关的问题.5.知道折射光路是可逆的，并能用来处理有关的问题.6.知道折射率的定义及其与光速的关系，并能用来进行有关的计算.二、能力目标1.会用反射定律解释有关现象和处理有关问题.2.会用折射定律计算有关的问题，能理解折射率与光速的关系，并能用来进行有关的计算.三、德育目标1.通过观察演示实验，培养学生的观察、概括能力，通过相关物理量变化规律的教学，培养学生分析、推理能力.2.渗透物理研究和学习的科学态度教育.教学重点光的折射定律.折射率概念.教学难点光的折射定律和折射率的应用.教学方法本节课成功的关键在于做好实验.通过实验先定性观察再定量测量，引导学生对测量数据进行分析、归纳.再来领略前人所做的思考从而领会数据分析的几种常用方法比值法、乘积法、加减法、图象法等，为学生今后对实验数据的处理打开思路.最后通过例题练习巩固所学内容.教学用具带角度的刻度盘.激光发生器、半圆柱透明玻璃砖.课时安排1 课时 教学过程一、引入新课我们已经知道了，光在同一均匀介质中是沿着直线传播的，那么，当介质不均匀或当光从一种介质进入另一种介质中时，会发生什么现象呢？学生反射，折射教师对，这一节课，我们先简要地复习光的反射，再深入地研究光的折射现象.二、新课教学（一）光的反射现象反射定律1.介绍光学演示仪，指明观察对象光在从一种介质（空气）进入另一种介质（玻璃）时发生的现象（半圆柱玻璃砖直面柱心正对入射光）2.演示：光在到达空气和玻璃的交界面处时，一部分光被反射回空气中，另一部分光进入玻璃继续传播，但传播方向发生了改变.3.学生边观察边回忆反射定律：转动光具盘以改变入射角，让前排学生读出几组入射角和反射角数据.两者相等.同时提醒学生注意.光具盘面是竖直的，在这个面上同时能看到反射光线和入射光线.说明两线共面，又因为法线也在这个面内.故三线共面.4.归纳反射定律：三线共面两角相等.5.反射光路可逆（二）平面镜成像及作图1.让学生回忆平面镜成像的特点：正立、等大、异侧、虚像、对称.2.教师简述平面镜成像原理、作图方法并予以示范.a.平面镜成像原理：如图199，光点S入射到平面镜的光线，其反射光线的反向延长线的交点即为S的像，人眼根据光沿直线传播的经验，感觉反射光都是从S发出的.b.平面镜成像作图.图199教师边讲述边示范如图1910图1910讲：两条光线即可确定像点的位置.所以无需多画.步骤是：（1）由对称性确定像点的位置；（2）任意画两条入射光线；（3）过像点作出对应的两条反射光线；（4）若是作物体AB的成像光路图，则只需作出A、B点的成像光路图.连接A、B点即可.（三）光的折射折射定律1.实验观察变为看折射光和入射光的相对位置及折射角和入射角关系的观察：a.让学生观察折射光.入射光及界面的法线也是共面的.b.光从空气进入玻璃时，入射角增大.折射角也增大，但入射角始终大于折射角.2.定量测量5组数据，仿照课本列出原始数据表（可让前排的学生读取数据.但要先明确法线）3.分析测量数据：（建议入射角分别取10,20,30,40,50）教师故意自言自语地入射角增大，折射角也增大，两者的差是不是定值呢？（有学生开始计算）学生甲不是，差值是越来越大的.师是不是有规律地增大，比如入射角增大10，折射角一定增大某一个数值？生不是，前两组差不多，后两组又不同了. 师那么，会不会两角的比值不变呢，大家算算看.（学生计算，有学生算了两组数据说好像是相等的）师能不能从两组数据下结论？生不能.师对，那样太轻率了点.把5组数据都算出来看看.学生继续计算.发现比值也是不相等的师看来我们碰到麻烦了，如果让你来猜的话，你还能猜想它们之间可能是什么关系？生沉默师其实不是你们不够聪明，实在是因为入射角和折射角之间的关系太出乎人意料了.人类从积累入射角与折射角的数据到找出两者之间的定量关系，经历了近1500年的时间有学生惊叹.教师抓住机会教育科学研究是一件很艰苦的工作，需要有持之以恒的毅力和必胜的信念.有时需要几代人的努力.我们要学好物理也需要这样一种恒心和解决困难的勇气.希望大家不畏难，不怕苦，勇于探索，在科学学习之路上能走得很远很远.教师继续实际上在公元1400年，托勒密也曾经认为，入射角与折射角存在着简单的正比关系，但只有对比较小的入射角才大致相符，就像我们刚刚在计算中发现的那样.直到1621年，才由斯涅耳找到了这个关系.这个谜终于被解开了，谜底是入射角的正弦和折射角的正弦成正比. 即=常数.请大家看课本的实验数据及分析.学生看书30秒4.师生一起归纳总结折射定律的内容.5.折射现象中光路可逆直接给出即可，学生能领会.（四）折射率n1.折射率的定义教师刚才我们已经知道了.光从空气进入玻璃时，入射角的正弦与折射角的正弦成正比.比值约为1.50.进一步的实验发现.若光从空气进入另一种介质.比如进入水中时，尽管入射角的正弦与折射角的正弦之比仍为常数.但这个常数却不是1.50.而是约1.33,可见这个常数跟介质有关系.它反映了介质的光学性质.我们设想光从空气进入玻璃和光从空气进入水中的入射角都是30，则有：空气玻璃：=1.50空气水：=1.33显然22，我们画出光路图如图1911甲、乙.可以看到，光从空气进入玻璃时.折射光偏离原来的传播方向更厉害.也就是说，这个比值的大小能反映介质对光的偏折程度，比值越大.表明介质对光的偏折作用越大.我们把这个比值叫做折射率，用n表示.定义折射率n=.图19112.对折射率的几点说明a.引导学生看课本加点字对折射率定义的叙述，强调：光从真空进入介质，若光从介质进入真空.则入射角正弦与折射角正弦之比=b.光从空气进入介质近似于光从真空进入介质c.介质对真空的折射率也叫绝对折射率，简称折射率.若光从水中进入玻璃中，则入射角正弦与折射角正弦之比叫玻璃对水的折射率.也叫相对折射率.若水为介质，玻璃为介质,则写作n21=3.折射率的决定因素a.光折射的原因是：光在不同介质中的速度不同.做课本后的“做一做”小实验，帮助学生理解这一点b.折射率n的决定式：n=c.n1d.仿照n=可写出相对折射率n21=（五）课堂巩固训练1.指导学生看课本例题，注意提示学生：当桶内放油时，人眼在A处看到的是C点的像成在B点.C点成像的原理是：由C点入射到油面的光线折射后进入空气是发散的.但它们的反向延长线交于一点，这一点就是C点的像.像为虚像.C点入射光的折射光反向延长必过C点的像.人眼在A处能看到C点像.说明有折射光线到达人眼.根据光线直线传播的经验，人眼感觉光是从像点即B点沿直线传播过来的.这样就确定了进入人眼的折射光OA在界面上的出射点O，进而再画出入射光CO，即完成光路图.再利用几何知识即可求解.2.如图1912，有一长方形容器，高30 cm，宽为40 cm，在容器的底部平放着一把长40 cm的刻度尺，眼睛在OA延长线上的E点观察，视线沿着EA斜向下看，恰能看到尺的左端零刻度. 现保持眼睛的位置不变，向容器内倒入某种液体且满至容器口，这时眼睛仍沿EA方向观察，恰能看到尺上20 cm的刻度，则此种液体的折射率为多大？图1912（1）引导学生依题意画出几何光路图.（2）学生自己求出折射率n=1.44三、小结1.光的反射定律和折射定律是几何光学的两大基本规律（另外一个是光的直线传播规律）.是研究几何光学的重要法宝.在应用时一定要注意作图，突出几何的特点.2.反射成像和折射成像的原理分别是：平面镜成像是反射光线反向延长线的交点.折射成像是同一光点的折射光线或其反向延长线的交点.为该光点的像.应在明确成像原理的基础上正确画出光路图再行求解.3.折射率是几何光学中非常重要的基本概念之一.它反映介质的光学性质，每一种介质在一定条件下有一个确切的折射率，不同种类的介质在相同的条件下，一般具有不同的折射率.例如：玻璃的折射率是1.50，水的折射率是1.33.4.通常所说的介质的折射率是指介质的绝对折射率，即光从真空射入某种介质的折射率.若光由介质1射入介质2，这时的折射率确切地说应该叫做介质2对介质1的相对折射率.通常用n21来表示.四、布置作业1.课本（4）、（5）、（6）.2.太阳光从与水平面成40角射来，为了反射光能照到竖井的底部，那么在井口安置的平面镜跟水平方向的夹角为多大？画出光路图.五、板书设计折射率n反映介质对光的偏折作用.n越大，光线偏折越厉害光的反射 反射定律三线共面 二角相等平面镜成像对称、等大、正立、虚像光的折射 折射定律三线共面 =常数定义n=光从真空进入介质（=光从介质进入真空）决定式n= n1相对折射率n21=）n2n1SX=SX（）v1v2SX光的折射六、本节优化训练设计1.如图1913所示是俯视图，MN是一块较大的平面镜，A、B是镜前站着的人，其中B在平面镜中点的法线上，已知MN=NE=EA=1 m,当B沿垂直镜面方向走向镜子时，至少离镜面_ m，A和B能相互看到对方在镜子中的像.图19132.光线以入射角i从空气射向折射率n=的透明介质表面.如图1914所示，则图1914A.无论入射角i是多大，折射角r都不会超过45B.欲使折射角r=30，应以i=45的角度入射C.当入射角i=arctan时，反射光线跟折射光线恰好垂直D.以上说法都不正确3.如图1915是一个截面为等腰直角三角形的透明体，一束光线以60的入射角从AB侧面射入，而从AC侧面射出时，出射光线偏离入射光线30，则在AC侧面发生光的折射时，折射角等于_，此物质的折射率等于_.图19154.光线以入射角i从空气射向折射率n=的透明介质表面.（1）当入射角i=45时，求反射光线与折射光线间的夹角.（2）当入射角i为何值时，反射光线与折射光线间的夹角=90?5.光在某介质中的传播速度是2.122108 m/s，当光线以30入射角由该介质射入空气时，折射角为多少？6.光线从空气射入甲介质中时，入射角i=45，折射角r=30，光线从空气射入乙介质中时，入射角i=60,折射角r=30,求光在甲、乙两种介质中的传播速度之比.7.一束宽度为10 cm的平行光束，以60的入射角从空气射入折射率为的介质中.界面光滑平整，求反射光束和折射光束的宽度.8.在一个开口的盛有液体的容器内竖直插一直尺，从对面某处观察，可同时看到直尺在液体中部分和露出液面部分在液体中的像.发现直尺在液面下刻度S1与露出液面的刻度S2的像S2重合，求解液体的折射率.参考答案：1.0.5 2.ABC 3.60； 4.（1）105(2)i=arctan 5.456. / 7.10 cm 17.3 cm8.简答：画出光路图如图1916，据题意作出刻度S1、S2及S1、S2的像S1、S2的光路示意图.根据几何关系和光的折射定律，可得n=图1916