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2019-2020年高三物理 第十九章 光的傳播 二、光的折射(第一課時) ●本節(jié)教材分析 新教材將光的反射、平面鏡一節(jié)刪除，只在光的折射中簡要回顧了光的反射定律及反射中光路可逆，但在章末的練習(xí)中給出了“人在鏡中能看到自己的全身像所需平面鏡的最短長度及懸掛方法”這樣的題，所以平面鏡成像特點及作圖法依然要作必要的復(fù)習(xí)和補充. 折射定律在初中是作為實驗的結(jié)論提出來的.沒有講入射角的正弦與折射角的正弦成正比，只是說入射角與折射角哪個大.高中教材中簡要地介紹了折射定律發(fā)現(xiàn)的過程，通過史料的學(xué)習(xí)可以使學(xué)生認識到科學(xué)上的發(fā)現(xiàn)，是經(jīng)過曲折的艱辛過程的，培養(yǎng)學(xué)生為科學(xué)獻身的精神.同時，也可以啟發(fā)學(xué)生遵循人類認識發(fā)展的規(guī)律去學(xué)習(xí)物理定律. 折射率是掌握折射定律的關(guān)鍵，也是難點，學(xué)生感到難，是因為沒有弄清掌握折射率的幾個層次，即（1）當(dāng)光由真空射入水中時，入射角、折射角以及它們的正弦值是可以改變的，但是正弦值之比卻是個常數(shù).（2）對不同的介質(zhì)具有不同的常數(shù)，說明常數(shù)反映著介質(zhì)的光學(xué)特性.（3）介質(zhì)的折射率跟光在其中的傳播速度v有關(guān).n=.課本為了讓學(xué)生理解這一點，特別在后面設(shè)置了一個課外小實驗.如果能讓學(xué)生親自動手做一做，對學(xué)生理解這一知識點應(yīng)該是有很大幫助的. 閱讀材料《相對折射率和絕對折射率》可以開闊學(xué)生的視野.對折射定律有更完善的認識.學(xué)生情況較好的學(xué)校可以指導(dǎo)學(xué)生閱讀，做一些小練習(xí). ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識目標(biāo) 1.知道反射定律的確切含義，并能用來解釋有關(guān)現(xiàn)象. 2.知道反射現(xiàn)象中光路是可逆的，并能用來處理有關(guān)問題. 3.知道平面鏡成像特點及作圖方法. 4.理解折射定律的確切含義，并能用來解釋有關(guān)的光現(xiàn)象和計算有關(guān)的問題. 5.知道折射光路是可逆的，并能用來處理有關(guān)的問題. 6.知道折射率的定義及其與光速的關(guān)系，并能用來進行有關(guān)的計算. 二、能力目標(biāo) 1.會用反射定律解釋有關(guān)現(xiàn)象和處理有關(guān)問題. 2.會用折射定律計算有關(guān)的問題，能理解折射率與光速的關(guān)系，并能用來進行有關(guān)的計算. 三、德育目標(biāo) 1.通過觀察演示實驗，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)律的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生分析、推理能力. 2.滲透物理研究和學(xué)習(xí)的科學(xué)態(tài)度教育. ●教學(xué)重點 光的折射定律.折射率概念. ●教學(xué)難點 光的折射定律和折射率的應(yīng)用. ●教學(xué)方法 本節(jié)課成功的關(guān)鍵在于做好實驗.通過實驗先定性觀察再定量測量，引導(dǎo)學(xué)生對測量數(shù)據(jù)進行分析、歸納.再來領(lǐng)略前人所做的思考從而領(lǐng)會數(shù)據(jù)分析的幾種常用方法——比值法、乘積法、加減法、圖象法等，為學(xué)生今后對實驗數(shù)據(jù)的處理打開思路.最后通過例題練習(xí)鞏固所學(xué)內(nèi)容. ●教學(xué)用具 帶角度的刻度盤.激光發(fā)生器、半圓柱透明玻璃磚. ●課時安排 1 課時 ● 教學(xué)過程 一、引入新課 我們已經(jīng)知道了，光在同一均勻介質(zhì)中是沿著直線傳播的，那么，當(dāng)介質(zhì)不均勻或當(dāng)光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)中時，會發(fā)生什么現(xiàn)象呢？ ［學(xué)生］反射，折射 ［教師］對，這一節(jié)課，我們先簡要地復(fù)習(xí)光的反射，再深入地研究光的折射現(xiàn)象. 二、新課教學(xué) （一）光的反射現(xiàn)象反射定律 1.介紹光學(xué)演示儀，指明觀察對象——光在從一種介質(zhì)（空氣）進入另一種介質(zhì)（玻璃）時發(fā)生的現(xiàn)象（半圓柱玻璃磚直面柱心正對入射光） 2.演示：光在到達空氣和玻璃的交界面處時，一部分光被反射回空氣中，另一部分光進入玻璃繼續(xù)傳播，但傳播方向發(fā)生了改變. 3.學(xué)生邊觀察邊回憶反射定律：轉(zhuǎn)動光具盤以改變?nèi)肷浣?，讓前排學(xué)生讀出幾組入射角和反射角數(shù)據(jù).兩者相等.同時提醒學(xué)生注意.光具盤面是豎直的，在這個面上同時能看到反射光線和入射光線.說明兩線共面，又因為法線也在這個面內(nèi).故三線共面. 4.歸納反射定律：三線共面兩角相等. 5.反射光路可逆 （二）平面鏡成像及作圖 1.讓學(xué)生回憶平面鏡成像的特點：正立、等大、異側(cè)、虛像、對稱. 2.教師簡述平面鏡成像原理、作圖方法并予以示范. a.平面鏡成像原理：如圖19—9，光點S入射到平面鏡的光線，其反射光線的反向延長線的交點即為S的像，人眼根據(jù)光沿直線傳播的經(jīng)驗，感覺反射光都是從S′發(fā)出的. b.平面鏡成像作圖. 圖19—9 ［教師邊講述邊示范如圖19—10］ 圖19—10 講：兩條光線即可確定像點的位置.所以無需多畫.步驟是：（1）由對稱性確定像點的位置；（2）任意畫兩條入射光線；（3）過像點作出對應(yīng)的兩條反射光線；（4）若是作物體AB的成像光路圖，則只需作出A、B點的成像光路圖.連接A、B點即可. （三）光的折射折射定律 1.實驗觀察變?yōu)榭凑凵涔夂腿肷涔獾南鄬ξ恢眉罢凵浣呛腿肷浣顷P(guān)系的觀察： a.讓學(xué)生觀察折射光.入射光及界面的法線也是共面的. b.光從空氣進入玻璃時，入射角增大.折射角也增大，但入射角始終大于折射角. 2.定量測量5組數(shù)據(jù)，仿照課本列出原始數(shù)據(jù)表（可讓前排的學(xué)生讀取數(shù)據(jù).但要先明確法線） 3.分析測量數(shù)據(jù)：（建議入射角分別取10,20,30,40,50） ［教師］［故意自言自語地］入射角增大，折射角也增大，兩者的差是不是定值呢？（有學(xué)生開始計算） ［學(xué)生甲］不是，差值是越來越大的. ［師］是不是有規(guī)律地增大，比如入射角增大10，折射角一定增大某一個數(shù)值？ ［生］不是，前兩組差不多，后兩組又不同了. ［師］那么，會不會兩角的比值不變呢，大家算算看.（學(xué)生計算，有學(xué)生算了兩組數(shù)據(jù)說好像是相等的） ［師］能不能從兩組數(shù)據(jù)下結(jié)論？ ［生］不能. ［師］對，那樣太輕率了點.把5組數(shù)據(jù)都算出來看看. ［學(xué)生繼續(xù)計算.發(fā)現(xiàn)比值也是不相等的］ ［師］看來我們碰到麻煩了，如果讓你來猜的話，你還能猜想它們之間可能是什么關(guān)系？ ［生沉默］ ［師］其實不是你們不夠聰明，實在是因為入射角和折射角之間的關(guān)系太出乎人意料了.人類從積累入射角與折射角的數(shù)據(jù)到找出兩者之間的定量關(guān)系，經(jīng)歷了近1500年的時間［有學(xué)生驚嘆］. ［教師抓住機會教育］科學(xué)研究是一件很艱苦的工作，需要有持之以恒的毅力和必勝的信念.有時需要幾代人的努力.我們要學(xué)好物理也需要這樣一種恒心和解決困難的勇氣.希望大家不畏難，不怕苦，勇于探索，在科學(xué)學(xué)習(xí)之路上能走得很遠很遠. ［教師繼續(xù)］實際上在公元1400年，托勒密也曾經(jīng)認為，入射角與折射角存在著簡單的正比關(guān)系，但只有對比較小的入射角才大致相符，就像我們剛剛在計算中發(fā)現(xiàn)的那樣.直到1621年，才由斯涅耳找到了這個關(guān)系.這個謎終于被解開了，謎底是——入射角的正弦和折射角的正弦成正比. 即=常數(shù).請大家看課本的實驗數(shù)據(jù)及分析. ［學(xué)生看書30秒］ 4.師生一起歸納總結(jié)折射定律的內(nèi)容. 5.折射現(xiàn)象中光路可逆——直接給出即可，學(xué)生能領(lǐng)會. （四）折射率n 1.折射率的定義 ［教師］剛才我們已經(jīng)知道了.光從空氣進入玻璃時，入射角的正弦與折射角的正弦成正比.比值約為1.50.進一步的實驗發(fā)現(xiàn).若光從空氣進入另一種介質(zhì).比如進入水中時，盡管入射角的正弦與折射角的正弦之比仍為常數(shù).但這個常數(shù)卻不是1.50.而是約1.33,可見這個常數(shù)跟介質(zhì)有關(guān)系.它反映了介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì).我們設(shè)想光從空氣進入玻璃和光從空氣進入水中的入射角都是30，則有： 空氣→玻璃：=1.50 空氣→水：=1.33 顯然θ2′＞θ2，我們畫出光路圖如圖19—11甲、乙.可以看到，光從空氣進入玻璃時.折射光偏離原來的傳播方向更厲害.也就是說，這個比值的大小能反映介質(zhì)對光的偏折程度，比值越大.表明介質(zhì)對光的偏折作用越大.我們把這個比值叫做折射率，用n表示.定義折射率n=. 圖19—11 2.對折射率的幾點說明 a.引導(dǎo)學(xué)生看課本加點字對折射率定義的敘述，強調(diào)：光從真空進入介質(zhì)，若光從介質(zhì)進入真空.則入射角正弦與折射角正弦之比= b.光從空氣進入介質(zhì)近似于光從真空進入介質(zhì) c.介質(zhì)對真空的折射率也叫絕對折射率，簡稱折射率.若光從水中進入玻璃中，則入射角正弦與折射角正弦之比叫玻璃對水的折射率.也叫相對折射率.若水為介質(zhì)Ⅰ，玻璃為介質(zhì)Ⅱ,則寫作n21= 3.折射率的決定因素 a.光折射的原因是：光在不同介質(zhì)中的速度不同. ［做課本后的“做一做”小實驗，幫助學(xué)生理解這一點］ b.折射率n的決定式：n= c.n＞1 d.仿照n=可寫出相對折射率n21=== （五）課堂鞏固訓(xùn)練 1.指導(dǎo)學(xué)生看課本例題，注意提示學(xué)生：①當(dāng)桶內(nèi)放油時，人眼在A處看到的是C點的像成在B點.②C點成像的原理是：由C點入射到油面的光線折射后進入空氣是發(fā)散的.但它們的反向延長線交于一點，這一點就是C點的像.像為虛像.③C點入射光的折射光反向延長必過C點的像.④人眼在A處能看到C點像.說明有折射光線到達人眼.根據(jù)光線直線傳播的經(jīng)驗，人眼感覺光是從像點即B點沿直線傳播過來的.這樣就確定了進入人眼的折射光OA在界面上的出射點O，進而再畫出入射光CO，即完成光路圖.再利用幾何知識即可求解. 2.如圖19—12，有一長方形容器，高30 cm，寬為40 cm，在容器的底部平放著一把長40 cm的刻度尺，眼睛在OA延長線上的E點觀察，視線沿著EA斜向下看，恰能看到尺的左端零刻度. 現(xiàn)保持眼睛的位置不變，向容器內(nèi)倒入某種液體且滿至容器口，這時眼睛仍沿EA方向觀察，恰能看到尺上20 cm的刻度，則此種液體的折射率為多大？ 圖19—12 （1）引導(dǎo)學(xué)生依題意畫出幾何光路圖. （2）學(xué)生自己求出折射率n==1.44 三、小結(jié) 1.光的反射定律和折射定律是幾何光學(xué)的兩大基本規(guī)律（另外一個是光的直線傳播規(guī)律）.是研究幾何光學(xué)的重要法寶.在應(yīng)用時一定要注意作圖，突出幾何的特點. 2.反射成像和折射成像的原理分別是：平面鏡成像是反射光線反向延長線的交點.折射成像是同一光點的折射光線或其反向延長線的交點.為該光點的像.應(yīng)在明確成像原理的基礎(chǔ)上正確畫出光路圖再行求解. 3.折射率是幾何光學(xué)中非常重要的基本概念之一.它反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)，每一種介質(zhì)在一定條件下有一個確切的折射率，不同種類的介質(zhì)在相同的條件下，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.通常所說的介質(zhì)的折射率是指介質(zhì)的絕對折射率，即光從真空射入某種介質(zhì)的折射率.若光由介質(zhì)1射入介質(zhì)2，這時的折射率確切地說應(yīng)該叫做介質(zhì)2對介質(zhì)1的相對折射率.通常用n21來表示. 四、布置作業(yè) 1.課本（4）、（5）、（6）. 2.太陽光從與水平面成40角射來，為了反射光能照到豎井的底部，那么在井口安置的平面鏡跟水平方向的夾角為多大？畫出光路圖. 五、板書設(shè)計 折射率n 反映介質(zhì)對光的偏折作用.n越大，光線偏折越厲害 光的反射 反射定律——三線共面 二角相等 平面鏡成像——對稱、等大、正立、虛像 光的折射 折射定律——三線共面 =常數(shù) 定義n=——光從真空進入介質(zhì) （=——光從介質(zhì)進入真空） 決定式n= n＞1 相對折射率n21==）n2[]n1[SX]]=[SX（）v1[]v2[SX]] 光的折射 六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計 1.如圖19—13所示是俯視圖，MN是一塊較大的平面鏡，A、B是鏡前站著的人，其中B在平面鏡中點的法線上，已知MN=NE=EA=1 m,當(dāng)B沿垂直鏡面方向走向鏡子時，至少離鏡面________ m，A和B能相互看到對方在鏡子中的像. 圖19—13 2.光線以入射角i從空氣射向折射率n=的透明介質(zhì)表面.如圖19—14所示，則 圖19—14 A.無論入射角i是多大，折射角r都不會超過45 B.欲使折射角r=30，應(yīng)以i=45的角度入射 C.當(dāng)入射角i=arctan時，反射光線跟折射光線恰好垂直 D.以上說法都不正確 3.如圖19—15是一個截面為等腰直角三角形的透明體，一束光線以60的入射角從AB側(cè)面射入，而從AC側(cè)面射出時，出射光線偏離入射光線30，則在AC側(cè)面發(fā)生光的折射時，折射角等于________，此物質(zhì)的折射率等于________. 圖19—15 4.光線以入射角i從空氣射向折射率n=的透明介質(zhì)表面. （1）當(dāng)入射角i=45時，求反射光線與折射光線間的夾角θ. （2）當(dāng)入射角i為何值時，反射光線與折射光線間的夾角θ=90? 5.光在某介質(zhì)中的傳播速度是2.122108 m/s，當(dāng)光線以30入射角由該介質(zhì)射入空氣時，折射角為多少？ 6.光線從空氣射入甲介質(zhì)中時，入射角i=45，折射角r=30，光線從空氣射入乙介質(zhì)中時，入射角i′=60,折射角r′=30,求光在甲、乙兩種介質(zhì)中的傳播速度之比. 7.一束寬度為10 cm的平行光束，以60的入射角從空氣射入折射率為的介質(zhì)中.界面光滑平整，求反射光束和折射光束的寬度. 8.在一個開口的盛有液體的容器內(nèi)豎直插一直尺，從對面某處觀察，可同時看到直尺在液體中部分和露出液面部分在液體中的像.發(fā)現(xiàn)直尺在液面下刻度S1與露出液面的刻度S2的像S2′重合，求解液體的折射率. 參考答案：1.0.5 2.ABC 3.60； 4.（1）105(2)i=arctan 5.45 6. / 7.10 cm 17.3 cm 8.簡答：畫出光路圖如圖19—16，據(jù)題意作出刻度S1、S2及S1、S2的像S1′、S2′的光路示意圖.根據(jù)幾何關(guān)系和光的折射定律，可得n= 圖19—16