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2019-2020年高中物理光的折射新課程教學(xué)設(shè)計(jì)與案例人教版 【教學(xué)課題】 《光的折射》 【教材分析】 本節(jié)課是光學(xué)的第一小節(jié)，首先介紹了光學(xué)的發(fā)展史，然后在初中所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上直接給出了光的反射定律和光的折射定律。本小節(jié)重點(diǎn)應(yīng)放在折射定律的得出過程以及對(duì)光的折射率的理解。光的折射定律是幾何光學(xué)的三大基本規(guī)律之一（另外兩個(gè)規(guī)律是光的直線傳播規(guī)律和光的反射定律），是研究幾何光學(xué)的重要法寶。高中階段只研究在兩種介質(zhì)中并且其中一種介質(zhì)是空氣的兩界面間的折射情況及所遵循的規(guī)律。在應(yīng)用時(shí)，一定要注意作圖．突出幾何的特點(diǎn)。 【學(xué)生分析】 學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)過光的反射和折射，但沒有深入學(xué)習(xí)過光的折射所遵循的定量關(guān)系。學(xué)生已具備一定的實(shí)驗(yàn)操作技能，對(duì)物理學(xué)的研究方法已有一定的了解，在自主學(xué)習(xí)、合作探究等方面的能力有了一定提高。對(duì)于本節(jié)課的教學(xué)中學(xué)生可能會(huì)出現(xiàn)的思維障礙與困惑是：因?yàn)?，所以入射角的正弦與折射角的正弦之比都大于1。要解決這個(gè)問題，比較好的辦法是通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生切身感受到在光的折射現(xiàn)象里，光路是可逆的，當(dāng)光由介質(zhì)射入空氣時(shí)入射角的正弦與折射角的正弦之比反而小于1。 【教學(xué)目標(biāo)】 一．知識(shí)目標(biāo)： 1、理解折射定律的確切含義，并能用來(lái)解釋光現(xiàn)象和計(jì)算有關(guān)的問題； 2、理解折射率（指絕對(duì)折射率）的定義，以及折射率是反映介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量； 3、知道折射率與光速的關(guān)系，并能用來(lái)進(jìn)行計(jì)算。 二．能力目標(biāo)： 1．能在學(xué)習(xí)光的傳播和反射的基礎(chǔ)上提出新的問題，培養(yǎng)提出問題的能力； 2．通過實(shí)驗(yàn)觀察、認(rèn)識(shí)折射現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生初步觀察的能力； 3．使學(xué)生進(jìn)一步了解科學(xué)探究活動(dòng)過程，培養(yǎng)學(xué)生初步的探究能力； 4. 體驗(yàn)由折射引起的錯(cuò)覺。 三．情感目標(biāo)： 1．有與他人交流和合作的精神、敢于提出自己不同的見解； 2．逐步領(lǐng)略折射現(xiàn)象的美妙，獲得對(duì)自然現(xiàn)象的熱愛、親近的感覺； 3．借助課堂小實(shí)驗(yàn)、多媒體課件和豐富的網(wǎng)上資料，培養(yǎng)學(xué)生熱愛物理、熱愛科學(xué)的情感。 【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)本身來(lái)決定。 【教學(xué)難點(diǎn)】 1．了解光在發(fā)生折射時(shí)，光路的可逆性； 2．解釋有關(guān)光的折射現(xiàn)象。 【教學(xué)難點(diǎn)的突破】 １、設(shè)置實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生有切身體會(huì)； ２、引導(dǎo)學(xué)生自己作出光路圖來(lái)解釋光的各種折射現(xiàn)象。 【教學(xué)過程設(shè)計(jì)思想】 情景引入 光的發(fā)展史史 多媒體展示光的各種奇妙美麗的現(xiàn)象 知識(shí)回顧 復(fù)習(xí)光的反射定律 復(fù)習(xí)光的折射定律 實(shí)驗(yàn)演示 入射角隨折射角變化而發(fā)生變化 提出問題 折射角和入射角之間到底有什么定量關(guān)系呢？ 實(shí)驗(yàn)探究 分析實(shí)驗(yàn)時(shí)需要測(cè)量哪些物理量？怎樣測(cè)得？實(shí)驗(yàn)步驟的確定；數(shù)據(jù)表格的設(shè)計(jì)。 學(xué)生實(shí)驗(yàn)；數(shù)據(jù)測(cè)量、記錄、處理 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 討論引申 光的折射定律 提出問題 入射角與折射角正弦之比跟哪些因素有關(guān) 提出概念 光的折射率 注意點(diǎn)（實(shí)驗(yàn)演示） 知識(shí)應(yīng)用 用光的折射定律解釋各種光的現(xiàn)象 【教學(xué)過程】 一、創(chuàng)設(shè)情景、引入新課 1．多媒體播放各種光的奇妙美麗的現(xiàn)象。 2． 光的發(fā)展史：從17世紀(jì)波、粒二種學(xué)說，到19世紀(jì)波動(dòng)說的完美，再到二十世紀(jì)的波粒二象性。 二 光的反射定律 學(xué)生回憶光的反射現(xiàn)象和光的反射定律：反射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，反射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；反射角等于入射角。 三 光的折射 1、回憶光的折射現(xiàn)象： 折射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi)；折射光線和入射光線分居法線兩側(cè)。 玻璃 2、重做光的折射演示實(shí)驗(yàn)，定性演示折射角和入射角的關(guān)系： ①入射角增大，折射角增大； ② 入射角減小，折射角減小。 3、折射角和入射角之間到底有什么定量關(guān)系呢？我們又怎樣找到這些物理量呢？ 學(xué)生分組實(shí)驗(yàn): 兩面實(shí)驗(yàn)器材：平行的玻璃磚,大頭針，量角器，三角板，白紙。 學(xué)生討論怎樣測(cè)得入射角和折射角。 引導(dǎo)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)： ①光是沿直線傳播的，現(xiàn)在我們沒有激光等各種光源，怎么利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材確定一條光線？ ②怎樣確定入射光線和折射光線？尤其是玻璃中的折射光線怎么確定下來(lái)？ ③請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)表格記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 并猜測(cè)入射角和折射角的函數(shù)關(guān)系，可能是θ1 /θ2、sinθ1 /sinθ2或tanθ1/tanθ2…… 實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理： 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 入射角θ1 折射角θ2 θ1/θ2 sinθ1 /sinθ2 tanθ1/tanθ2 在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，師生共同討論，比較不同組得到的結(jié)論，總結(jié)出結(jié)論：=常量（記做n） 4、簡(jiǎn)單介紹人們對(duì)光的折射的認(rèn)識(shí)過程。 這個(gè)問題，在很長(zhǎng)的時(shí)間里一直使人們感到困惑。公元140年，希臘天文學(xué)家托勒密得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，只是從數(shù)據(jù)的表面簡(jiǎn)單尋找比例關(guān)系，因此只能得出：折射角與入射角成正比（事實(shí)上，只在小角度情況下成立）。1611年開普勒對(duì)折射現(xiàn)象和透鏡的原理作了廣泛的研究，寫成了《折光學(xué)》，正確地指出：只在小角度情況下，入射角與折射角成正比。同時(shí)通過光的可逆性，從反面倒推得出結(jié)論，并通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了全反射現(xiàn)象。但是他未能得出更一般的、內(nèi)在的規(guī)律。最終在1621年，由荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅耳采用了與開普勒基本相同的實(shí)驗(yàn)方法。找到了入射角和折射角之間的關(guān)系　由此我們可以看到：一個(gè)物理定律的得出往往經(jīng)歷一個(gè)漫長(zhǎng)、曲折的過程,需要堅(jiān)韌的創(chuàng)新精神，做前人沒有做過的事。在前輩先哲的探索過程中一定有許多嘗試、失敗、再嘗試。這就是發(fā)現(xiàn)過程，其中充滿著創(chuàng)新思維的火花。 5．光的折射定律： 折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比， 即。 四 折射率 向?qū)W生展示不同介質(zhì)的折射率 介質(zhì) 金剛石 二氧化碳 玻璃 水晶 巖鹽 酒精 水 空氣 Sinθ1/sinθ2 2.42 1.63 1.5-1.8 1.55 1.55 1.36 1.33 1.00028 通過數(shù)據(jù)對(duì)比，請(qǐng)學(xué)生猜想入射角與折射角正弦之比跟哪些因素有關(guān)。 ——跟介質(zhì)有關(guān)。 教師總結(jié)：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(lái)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。 折射率：把光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種介質(zhì)的絕對(duì)折射率,簡(jiǎn)稱折射率。 學(xué)生猜測(cè)為什么光進(jìn)入不同的介質(zhì)，直射率就不一樣呢？ ——光在不同介質(zhì)中的速度不同，這正是發(fā)生折射的原因。 介質(zhì)的折射率n與光在其中傳播速度有關(guān)，?？梢?，>1，且沒有單位。 教師提醒學(xué)生注意以下幾點(diǎn)： ①12是比例常數(shù)，它是反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量。對(duì)于同一介質(zhì)無(wú)論θ1、θ2怎么變化, 是不變的。 ②對(duì)于不同介質(zhì)的值是不同的。 ③并不是所有入射角的正弦與折射角的正弦之比都大于1。 演示實(shí)驗(yàn)：觀察激光從空氣射入玻璃磚的光路及由玻璃磚射向空氣的光路，并使后者的入射角與前者的折射角相等。 學(xué)生通過觀察總結(jié)出： a.在光的折射現(xiàn)象里，光路是可逆的。 b.讓他們利用這種性質(zhì)論證“當(dāng)光由介質(zhì)射入空氣時(shí)sinθ1是否與sinθ2成正比及比例常數(shù)是多少”。 思考： 為什么又說>1 ? ④真空本身的折射率 = 1,通常認(rèn)為空氣的折射率也為1。 五 光的折射的應(yīng)用 1．什么人在水上看到物體的像，比實(shí)際物體位置偏上，感覺水比較淺。 2．假設(shè)地球表面不存在大氣層,那么人們觀察到的日出時(shí)刻與存在大氣層的情況相比 ( ) A.將提前 B.將延后 C.在某些地區(qū)將提前,在另一些地區(qū)將延后 D.不變 3．光在某種介質(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？ Ｂ Ｃ Ｏ Ｍ Ｎ Ａ 4．如圖一個(gè)儲(chǔ)油桶的底面直徑與高均為d。當(dāng)桶內(nèi)沒有油時(shí)，從某點(diǎn)Ａ恰能看到桶底邊緣的某點(diǎn)Ｂ。當(dāng)桶內(nèi)油的深度等于桶高的一半時(shí)，仍沿ＡＢ方向看去，恰好看到桶低上的點(diǎn)c，ＣＢ兩點(diǎn)距離d/4。求油的折射率和光在油中傳播的速度。 Ｂ Ａ 六 課堂小結(jié) 光的折射 光的折射定律 三線共面 sinθ1 / sinθ2＝常數(shù) 光的折射 光的折射 1. 反映介質(zhì)對(duì)光的偏折作用，n越大光線偏折越厲害 2. 定義式sinθ1 / sinθ2＝n－－光從真空中進(jìn)入介質(zhì) (1/n＝ sinθ1 / sinθ2－－光從介質(zhì)進(jìn)入真空） 3. 決定式: n = c/v ( n>1) 絕對(duì)折射率 七 板書設(shè)計(jì) 第十三章 光 第一節(jié) 光的折射 一 光的反射定律：反射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，反射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；反射角等于入射角。 二 光的折射定律：折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比。 即 ． 注意：①n12是比例常數(shù)，表示光從介質(zhì)1入射介質(zhì)2時(shí)，入射角的正弦與折射角的正弦之比 ②它是反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量．對(duì)于同一介質(zhì)無(wú)論θ1、θ2怎么變化，sinθ1/sinθ2是不變的． ③對(duì)于不同介質(zhì)sinθ1/sinθ2的值是不同的． 三 折射率：把光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種介質(zhì)的絕對(duì)折射率。簡(jiǎn)稱折射率。用n表示 ④介質(zhì)的折射率n與光在其中傳播速度有關(guān)， ． 由此可知光在不同介質(zhì)中傳播光速大小是不同的． 八 教學(xué)反思 這節(jié)課中，學(xué)生通過提出問題，然后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、做實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、得出結(jié)論等一系列的操作過程，體驗(yàn)了探究規(guī)律的過程，從中掌握探索自然科學(xué)規(guī)律的方法。這樣的教學(xué)充分體現(xiàn)了學(xué)生在”做中學(xué)”， ”學(xué)中悟”的現(xiàn)代教育思想和教育理念。 南京市秦淮中學(xué)物理組 郭潔