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4.1 光的折射（第1課時(shí)）
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.物理觀念：理解折射率的物理意義。
2.科學(xué)思維：理解光的折射定律，并能用來(lái)解釋和計(jì)算有關(guān)的問(wèn)題。
3.科學(xué)探究：掌握測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)，會(huì)解決與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的問(wèn)題。
【重難點(diǎn)】
折射率的理解和計(jì)算
【學(xué)習(xí)任務(wù)一、光的反射定律和折射定律】
1．光的反射
(1)反射現(xiàn)象：光從第1種介質(zhì)射到該介質(zhì)與第2種介質(zhì)的_______時(shí)，一部分光_______到第1種介
質(zhì)的現(xiàn)象．
(2)反射定律：反射光線與入射光線、法線處在_______內(nèi)，反射光線與入射光線分別位于______________；反射角 入射角．
2．光的折射
(1)折射現(xiàn)象：光從第1種介質(zhì)射到該介質(zhì)與第2種介質(zhì)的_______時(shí)，一部分光_______第2種介質(zhì)的現(xiàn)象．
(2)折射定律
折射光線與入射光線、法線處在_______內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于__________；__________與_________成正比，即＝n12(式中n12是比例常數(shù))．
(3)在光的折射現(xiàn)象中，光路是_______的．
思考：光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),傳播方向是否一定變化？
例1、如圖所示，某同學(xué)記錄了光線在空氣和某介質(zhì)的分界面上發(fā)生的光路變化，則
分界面是： ，入射光線是：
法線是： ，反射光線是：
折射光線是：
【學(xué)習(xí)任務(wù)二、　折射率】
1．定義:光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，______________與______________之比，叫作這種介質(zhì)的絕對(duì)折射率，簡(jiǎn)稱折射率，即n＝.
2．折射率與光速的關(guān)系
某種介質(zhì)的折射率，等于光在_______中的傳播速度c與光在這種介質(zhì)中的傳播速度v之比，即n＝。
3．理解
（1）由于c＞v，故任何介質(zhì)的折射率n都_______(填“大于”“小于”或“等于”)1
（2）n的大小與θ1和θ2無(wú)關(guān)，與介質(zhì)和入射光的頻率有關(guān)，對(duì)于確定的介質(zhì)，n是定值。
光以相同入射角從真空射入玻璃和水中，大體上畫出其折射光線。
（3）折射率反映介質(zhì)對(duì)光的偏折作用，越 光線偏折越 。
例2、一束光由空氣射入某介質(zhì)，當(dāng)入射光線和界面的夾角為30°時(shí)，折射光線恰好與反射光線垂直，則光在該介質(zhì)中的傳播速度是( )
A. B．
C.c D．c
例3、兩束平行的細(xì)激光束垂直于半圓柱形玻璃的平面射入，如圖所示．已知其中一束光沿直線穿過(guò)玻璃，它的入射點(diǎn)是O，另一束光的入射點(diǎn)是A，穿過(guò)玻璃后兩條光線交于P點(diǎn)．已知玻璃半圓截面的半徑為R，OA＝，OP＝R.求玻璃的折射率．
例4：邊長(zhǎng)為d的正方體透明介質(zhì)置于真空中，其橫截面ABCD如圖所示。有兩束平行光Ⅰ、Ⅱ分別從上表面的A點(diǎn)和AB的中點(diǎn)沿與水平方向成30°角同時(shí)斜射入介質(zhì)中，兩種光在界面上折射后恰好相交于正方體底面的C點(diǎn)。已知真空中光速為c，求：
(1)介質(zhì)對(duì)光Ⅰ、Ⅱ的折射率；
(2)光Ⅰ、Ⅱ到達(dá)C點(diǎn)的時(shí)間差。
光的折射（第2課時(shí)）
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
理解測(cè)量玻璃磚折射率的原理，會(huì)用“插針?lè)ā睖y(cè)量玻璃的折射率．
【學(xué)習(xí)過(guò)程】
任務(wù)一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
1．實(shí)驗(yàn)方案
如圖，當(dāng)光以一定的入射角透過(guò)一塊兩面平行的玻璃磚時(shí)，只要找出與入射光線AO相對(duì)應(yīng)的出射光線O′D，就能夠畫出光從空氣射入玻璃磚后的折射光線OO′，于是就能測(cè)量入射角θ1、折射角θ2.根據(jù) ，就可以求出玻璃磚的折射率了．
2．實(shí)驗(yàn)原理
用插針?lè)ù_定光路，找出跟入射光線相對(duì)應(yīng)的折射光線，用量角器測(cè)入射角θ1和折射角θ2，根據(jù)折射定律計(jì)算出玻璃的折射率n＝ 。
3．實(shí)驗(yàn)器材
玻璃磚、白紙、木板、大頭針?biāo)拿?、圖釘四枚、量角器、三角板(或直尺)、鉛筆．
任務(wù)二、實(shí)驗(yàn)步驟
1．如圖所示，將白紙用圖釘釘在木板上．
2．在白紙上畫出一條直線aa′作為界面(線)．過(guò)aa′上的一點(diǎn)O畫出界面的法線NN′，并畫一條線段AO作為 光線。
3．把長(zhǎng)方體玻璃磚放在白紙上，使它的長(zhǎng)邊跟aa′對(duì)齊，畫出玻璃磚的另一邊bb′.
4．在直線AO上豎直插上兩枚大頭針P1、P2，透過(guò)玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線方向直到P2的像擋住P1的像．再在觀察者一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3及P1、P2的像，記下P3、P4的位置．
5．移去大頭針和玻璃磚，過(guò)P3、P4所在處作直線O′B與bb′交于O′，直線O′B就代表了沿AO方向入射的光線通過(guò)玻璃磚后的傳播方向．
6．連接OO′，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′，用量角器量出入射角和折射角，從三角函數(shù)表中查出它們的正弦值，把這些數(shù)據(jù)記錄在自己設(shè)計(jì)的表格中．
7．用上述方法求出入射角分別為30°、45°、60°時(shí)的折射角，查出它們的正弦值，填入表格中．
8．算出不同入射角的比值，最后求出在幾次實(shí)驗(yàn)中所測(cè)的平均值，即為玻璃磚的折射率．
任務(wù)三、數(shù)據(jù)處理
(1)方法一：平均值法
算出不同入射角時(shí)的比值，最后求出在幾次實(shí)驗(yàn)中所測(cè)的平均值，即為玻璃磚的折射率。
(2)方法二：圖象法
以 值為橫坐標(biāo)、 值為縱坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系，如右圖所示．描數(shù)據(jù)點(diǎn)，過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)連線得一條過(guò)原點(diǎn)的直線．求解圖線斜率k，則k＝ ，故玻璃磚折射率n＝ 。
(3)方法三：作圖法
在找到入射光線和折射光線以后，以入射點(diǎn)O為 ，以任意長(zhǎng)為半徑畫圓，分別與AO交于C點(diǎn)，OO′(或OO′的延長(zhǎng)線)交于D點(diǎn)，過(guò)C、D兩點(diǎn)分別向NN′作垂線，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的長(zhǎng)，如圖所示．由于sinθ1＝ ，sinθ2＝ ，且CO＝DO，所以折射率n1＝＝ 。
例題、如圖1所示，某同學(xué)在“測(cè)定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中，先將白紙平鋪在木板上并用圖釘固定，玻璃磚平放在白紙上，然后在白紙上確定玻璃磚的界面aa′和bb′，O為直線AO與aa′的交點(diǎn)。在直線OA上豎直地插上P1、P2兩枚大頭針。
(1)該同學(xué)接下來(lái)要完成的必要步驟有____。
A．插上大頭針P3，使P3僅擋住P2的像
B．插上大頭針P3，使P3擋住P1的像和P2的像
C．插上大頭針P4，使P4僅擋住P3
D．插上大頭針P4，使P4擋住P3和P1、P2的像
(2)過(guò)P3、P4作直線交bb′于O′，過(guò)O′作垂直于bb′的直線NN′，連接OO′。測(cè)量圖1中角α和β的大小。則玻璃磚的折射率n＝____ 。
(3)如圖2所示，該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中將玻璃磚界面aa′和bb′的間距畫得過(guò)寬。若其他操作正確，則折射率的測(cè)量值____準(zhǔn)確值(選填“大于”“小于”或“等于”)。
(4)另一位同學(xué)準(zhǔn)確地畫好玻璃磚的界面aa′和bb′后，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不慎將玻璃磚向下平移了一些，如圖3所示，而實(shí)驗(yàn)的其他操作均正確，則折射率的測(cè)量值____ 準(zhǔn)確值(選填“大于”“小于”或“等于”)。

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