資源簡介

4.1光的折射
導學案
【學習目標】
1.認識光的反射及折射現象，知道法線、入射角、反射角、折射角的含義。
2.通過實驗探究，理解折射率的概念和光的折射定律。
3.會測量玻璃等材料的折射率，通過實驗體會光線模型的建構過程。
【學習重難點】
1.教學重點：折射定律的應用。折射率的測量。
2.教學難點：折射定律與光路可逆原理相結合的應用
【自主預習】
光的折射
1．光的反射
(1)反射現象：光從第1種介質射到該介質與第2種介質的_____________________時，一部分光_____________________到第1種介質的現象。
(2)反射定律：反射光線與入射光線、法線處在_____________________內，反射光線與入射光線分別位于_____________________的兩側；反射角等于入射角。
2．光的折射
(1)折射現象：光從第1種介質射到該介質與第2種介質的_____________________時，一部分光進入第2種介質的現象。
(2)折射定律
折射光線與入射光線、法線處在同一平面內，折射光線與入射光線分別位于_____________________；_____________________成正比，即_____________________(式中n12是比例常數)。光的折射定律的三個關鍵詞：“同平面”“線兩旁”“成正比”。
(3)在光的折射現象中，光路是_____________________的。
二、折射率
1．定義
光從真空射入某種介質發生折射時，_____________________與_____________________之比，叫作這種介質的絕對折射率，簡稱折射率，即_____________________。
2．折射率與光速的關系
某種介質的折射率，等于光在_____________________中的傳播速度c與光在這種介質中的傳播速度v之比，即n＝。
【課堂探究】
【新課導入】
觀察以下視頻，你知道射水魚在水中能準確射中水面上不遠處的小昆蟲。水中的魚看到小昆蟲在什么位置？是在昆蟲的上方還是下方？
為什么泳池水看起來比實際的淺呢？海市蜃樓是怎么形成的？
【新課教學】
任務一、折射定律
（一）光的反射
陽光照射水面時，我們能夠看到水中的魚和草，同時也能看到太陽的倒影，這說明什么？
光的反射有什么規律？
（二）實驗演示
演示實驗，認真觀察實驗，光從玻璃中入射到空氣中，發生了什么現象？
光的折射有什么規律？
（三）光的折射
1.光的折射：
2.光的折射定律
入射角與折射角有什么定量關系呢？借助以下圖片回答問題：
觀察以下圖片，如果將玻璃換成其它介質，入射角和折射角的正弦之比是否具有相同的結論？
_
折射定律：
任務二、折射率
思考與討論
觀察以下圖片。然后提問你還能發現什么規律？
（二）折射率
1.定義：
2.定義式:
說明：
任務三、實驗：測定玻璃的折射率
（一）實驗思路
玻璃是一種透明介質，光從空氣入射到玻璃的界面上會發生折射，如何把玻璃的折射率測出來？
如何作出入射光線和出射光線？
（二）實驗步驟
請設計出實驗方案，并與其他同學交流？
（三）數據分析
如何進行數據分析才能得出結論？
（四）注意事項
做該實驗時需要注意什么事項？
哪些原因會導致實驗有誤差？
【自我測評】
1.如圖所示，國家游泳中心“水立方”的透明薄膜“外衣”上點綴了無數白色亮點，他們被稱為鍍點，北京奧運會舉行時正值盛夏，鍍點能改變光線方向，將光線擋在場館外，鍍點對外界陽光的主要作用是(　　)
A．反射太陽光線，遵循光的反射定律
B．反射太陽光線，不遵循光的反射定律
C．折射太陽光線，遵循光的折射定律
D．折射太陽光線，不遵循光的折射定律
2．根據圖中的漫畫，判斷下列說法中正確的是(　　)
A．人看到的是魚的實像，位置變淺了些
B．人看到的是魚的虛像，位置變深了些
C．魚看到的是人的實像，位置偏低了些
D．魚看到的是人的虛像，位置偏高了些
3．有一塊材料均勻、厚度一定的透明玻璃平板，一束單色光由空氣照射到玻璃板上，第一次沿垂直于板面方向入射，第二次沿與板面成某一傾角方向入射，則(　　)
A．第一次入射時光的方向未發生偏折，說明此時光在玻璃中的傳播速度與在空氣中的相同
B．一、二兩次光在玻璃中傳播時經歷的時間相同
C．一、二兩次光在玻璃中傳播的速度不同
D．一、二兩次光在玻璃中傳播的速度相同
4．一束光由空氣射入某介質時，入射光線與反射光線間的夾角為90°，折射光線與反射光線間的夾角為105°，則該介質的折射率及光在該介質中的傳播速度為(　　)
A．，c　　　　　　 B．，
C．，c D．，
5．假設地球表面不存在大氣層，那么人們觀察到的日出時刻與實際存在大氣層的情況相比將________(選填“提前”或“延后”)。
【學后反思】本節課學習中，你有哪些收獲，還有哪些問題？4.1光的折射
導學案
【學習目標】
1.認識光的反射及折射現象，知道法線、入射角、反射角、折射角的含義。
2.通過實驗探究，理解折射率的概念和光的折射定律。
3.會測量玻璃等材料的折射率，通過實驗體會光線模型的建構過程。
【學習重難點】
1.教學重點：折射定律的應用。折射率的測量。
2.教學難點：折射定律與光路可逆原理相結合的應用
【自主預習】
光的折射
1．光的反射
(1)反射現象：光從第1種介質射到該介質與第2種介質的分界面時，一部分光返回到第1種介質的現象。
(2)反射定律：反射光線與入射光線、法線處在同一平面內，反射光線與入射光線分別位于法線的兩側；反射角等于入射角。
2．光的折射
(1)折射現象：光從第1種介質射到該介質與第2種介質的分界面時，一部分光進入第2種介質的現象。
(2)折射定律
折射光線與入射光線、法線處在同一平面內，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側；入射角的正弦與折射角的正弦成正比，即＝n12(式中n12是比例常數)。光的折射定律的三個關鍵詞：“同平面”“線兩旁”“成正比”。
(3)在光的折射現象中，光路是可逆的。
二、折射率
1．定義
光從真空射入某種介質發生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫作這種介質的絕對折射率，簡稱折射率，即n＝。
2．折射率與光速的關系
某種介質的折射率，等于光在真空中的傳播速度c與光在這種介質中的傳播速度v之比，即n＝。
【課堂探究】
【新課導入】
觀察以下視頻，你知道射水魚在水中能準確射中水面上不遠處的小昆蟲。水中的魚看到小昆蟲在什么位置？是在昆蟲的上方還是下方？
然后提問：為什么泳池水看起來比實際的淺呢？海市蜃樓是怎么形成的？
光的折射
【新課教學】
任務一、折射定律
（一）光的反射
陽光照射水面時，我們能夠看到水中的魚和草，同時也能看到太陽的倒影，這說明什么？
光從第 1 種介質射到該介質與第 2 種介質的分界面時，一部分光會返回到第1種介質，這個現象叫作光的反射。
然后提問：光的反射有什么規律？
反射定律：
（1）反射光線與入射光線、法線在同一平面
（2）反射光線和入射光線分居法線兩側
（3）反射角等于入射角
（二）實驗演示
演示實驗，認真觀察實驗，光從玻璃中入射到空氣中，發生了什么現象？
一部分反射了反射，一部分傳播到空氣中
然后提問：光的折射有什么規律？
（三）光的折射
1.光的折射：光從一種介質斜射入另一種介質時，傳播方向發生改變的現象。
2.光的折射定律
（1)折射光線、入射光線、法線在同一平面內
(2)折射光線和入射光線分居法線兩側
(3）當光從空氣斜射入玻璃中時，折射角小于入射角
（4）當光從玻璃斜射入空氣中時，折射角大于入射角
（5)當入射角增大時，折射角也隨著增大
入射角與折射角有什么定量關系呢？借助以下圖片回答問題：
結論：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比
觀察以下圖片，如果將玻璃換成其它介質，入射角和折射角的正弦之比是否具有相同的結論？
總結：光從一種介質進入到另一種介質時，總有入射角的正弦與折射角的正弦之比相等。
折射定律：
任務二、折射率
思考與討論
觀察以下圖片。然后提問你還能發現什么規律？
常數與介質有關系，是一個反映介質的光學性質的物理量。常數越大，光線以相同入射角從真空斜射入這種介質時偏折的角度越大。
（二）折射率
1.定義：光從真空射入某種介質發生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種介質的絕對折射率，簡稱折射率。用符號 n 表示。
2.定義式:
說明：（1）n的大小與θ1和θ2無關，與介質和入射光的頻率有關，對于確定的介質，n是定值，不能說n∝sinθ1或n∝1/sinθ2
（2）折射率無單位，任何介質的折射率皆大于1。
（3）折射率反映介質對光的偏折作用，n越大光線偏折越厲害。
(4)光從一種介質進入另一種介質時,折射角與入射角的大小關系不要一概而論,要視兩種介質的折射率大小而定。
(5)當光從折射率小的介質斜射入折射率大的介質時,入射角大于折射角,當光從折射率大的介質斜射入折射率小的介質時,入射角小于折射角。
任務三、實驗：測定玻璃的折射率
（一）實驗思路
玻璃是一種透明介質，光從空氣入射到玻璃的界面上會發生折射，如何把玻璃的折射率測出來？
思路：選取一塊玻璃磚按在白紙上，作出玻璃磚的輪廓，然后作出入射玻璃磚的光線和出射玻璃磚的光線，最后連接入射點和出射點的光線，這就是折射光線。最后測出入射角和折射角的大小，代入公式就可以得出答案。
如何作出入射光線和出射光線？
在白紙上畫一條直線aa′，并取aa′上的一點O為入射點，作過O的法線NN′，畫出線段AO作為入射光線，并在AO上插上P1、P2兩根大頭針，在白紙上放上玻璃磚，使玻璃磚的一條長邊與直線aa′對齊，并畫出另一條長邊的對齊線bb′，再在另一側豎直插上兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3、P2、P1的像，記下P3、P4位置。
（二）實驗步驟
請設計出實驗方案，并與其他同學交流？
學生總結分享，在學生分享基礎上讓學生觀察規范視頻。
（三）數據分析
如何進行數據分析才能得出結論？
1．平均值法
算出不同入射角時的比值 ，最后求出在幾次實驗中所測的 平均值，即為玻璃磚的折射率。
2．圖象法
以sin θ1值為橫坐標、以sinθ2值為縱坐標，建立直角坐標系，如圖1所示。描數據點，過數據點連線得一條過原點的直線。求解圖線斜率k，則，故玻璃磚折射率 。
3．作圖法
在找到入射光線和折射光線以后，以入射點O為圓心，以任意長為半徑畫圓，分別與AO交于C點、OO′(或OO′的延長線)交于D點，過C、D兩點分別向NN′作垂線，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的長，如圖 2所示。由于 ， ，且CO＝DO，所以折射率 。
（四）注意事項
做該實驗時需要注意什么事項？
(1)實驗時，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間，P2與O點之間，P3與P4之間，P3與O′點之間距離要稍大一些。
(2)入射角θ1應適當大一些，以減小測量角度的誤差，但入射角不宜太大，也不宜太小。
(3)在操作時，手不能觸摸玻璃磚的光潔面。更不能把玻璃磚界面當尺子畫界線。
(4)在實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。
(5)玻璃磚應選用寬度較大的，宜在5 cm以上。若寬度太小，則測量誤差較大。
哪些原因會導致實驗有誤差？
(1)入射光線和出射光線確定得不夠精確，因此要求插大頭針時，兩大頭針間距應適當大一些。
(2)入射角和折射角的測量造成誤差，故入射角應適當大些，以減小測量的相對誤差。
【自我測評】
1.如圖所示，國家游泳中心“水立方”的透明薄膜“外衣”上點綴了無數白色亮點，他們被稱為鍍點，北京奧運會舉行時正值盛夏，鍍點能改變光線方向，將光線擋在場館外，鍍點對外界陽光的主要作用是(　　)
A．反射太陽光線，遵循光的反射定律
B．反射太陽光線，不遵循光的反射定律
C．折射太陽光線，遵循光的折射定律
D．折射太陽光線，不遵循光的折射定律
【答案】A
【詳解】“擋在場館外”一定是反射，只要是反射就一定遵循光的反射定律。
2．根據圖中的漫畫，判斷下列說法中正確的是(　　)
A．人看到的是魚的實像，位置變淺了些
B．人看到的是魚的虛像，位置變深了些
C．魚看到的是人的實像，位置偏低了些
D．魚看到的是人的虛像，位置偏高了些
【答案】D
【詳解】　人看到的是魚發出的光線經過水面折射的光線的反向延長線相交后形成的虛像，光線從水射向空氣中時，折射角大于入射角，作出從魚S1發出的兩條光路，將折射光線反向延長，得到的交點為人所看到的魚的虛像S1′，如圖所示，可以看出虛像的位置變淺了，A、B錯誤；同理，魚看到的是人發出的光線經過水面折射形成的虛像，根據光路可逆原理，魚看到人的虛像的位置偏高了，C錯誤，D正確。
3．有一塊材料均勻、厚度一定的透明玻璃平板，一束單色光由空氣照射到玻璃板上，第一次沿垂直于板面方向入射，第二次沿與板面成某一傾角方向入射，則(　　)
A．第一次入射時光的方向未發生偏折，說明此時光在玻璃中的傳播速度與在空氣中的相同
B．一、二兩次光在玻璃中傳播時經歷的時間相同
C．一、二兩次光在玻璃中傳播的速度不同
D．一、二兩次光在玻璃中傳播的速度相同
【答案】D　
【詳解】光在同種介質中傳播速度相同，光在不同介質中傳播速度不同，故A、C錯誤，D正確；兩次光在玻璃中通過的路程不同，則時間不同，故B錯誤。
4．一束光由空氣射入某介質時，入射光線與反射光線間的夾角為90°，折射光線與反射光線間的夾角為105°，則該介質的折射率及光在該介質中的傳播速度為(　　)
A．，c　　　　　　 B．，
C．，c D．，
【答案】D
【詳解】選D　由反射定律和題意可知，反射角和入射角均為45°，折射角為r＝180°－45°－105°＝30°，則折射率n＝＝，所以光在該介質中的速度v＝＝＝c，故D選項正確。
5．假設地球表面不存在大氣層，那么人們觀察到的日出時刻與實際存在大氣層的情況相比將________(選填“提前”或“延后”)。
【答案】延后
【詳解】假如地球周圍沒有大氣層，太陽光將沿直線傳播，如圖所示。在地球上B點的人們將在太陽到達A′點時看到日出；而地球表面有大氣層，由于空氣的折射率大于1，并且離地球表面越近，大氣層越密，折射率越大，太陽光將沿如圖所示AB曲線射入在B處的人眼中，使在B處的人看到了日出。但B處的人認為光是沿直線傳播，則認為太陽位于地平線上的A′點，而此時太陽還在地平線下，日出的時間提前了，所以無大氣層時日出的時間將延后。
【學后反思】本節課學習中，你有哪些收獲，還有哪些問題？

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