高中选修第一册《1 光的折射》优质课教案下载

高中选修第一册《1 光的折射》优质课教案教学设计下载

【教师】：想要知道为什么，我们先来学习今天的内容：光的折射。

新课教学：

【教师】：当一束光从空气射到水面时，会发生怎样的现象？

【实验展示】：展示光发生反射与折射的现象。

让学生观察现象，并请一位学生描述观察到的现象。

【教师】：一般来说，当光从一种介质射到与另一种介质的分界面时，一部分光会回到介质1发生反射；还有一部分光会进入介质2中发生折射，折射光线在介质2中发生了偏折，使得折射角小于入射角。（边说边做） ，当入射角变大时，折射角也相应变大。这说明入射角和折射角之间存在某种特殊的关系，到底 是一种怎样的关系呢？这是我们本节课研究的重点。

【教师】：要想去研究它们的关系，首先我们得先测出它们的大小。那我们又应该怎样测出折射角与入射角的大小呢？（停顿半分钟）回顾初中，我们是如何测量反射角与入射角的大小的呢？（请一位学生回答）

【学生】：将一束光打在平面镜上，用量角器分别测出入射角与反射角的大小，进行比较，从而得出结论。

【教师】：类比到光的折射，我们又应该如何测量折射角与入射角的大小呢？（请学生回答，适当引导：能用一个量角器同时测量出折射角与入射角的大小吗？它们分别位于2个不同的界面中，显然不行）

【教师】：将2 个量角器上下拼接在一起，这样就组成了一个可以进行360度全方位测量的特殊量角器，再在量角器的中心放入一块半圆形玻璃砖，用激光笔灯照射玻璃砖的底部中心，我们就可以测量出折射角与入射角的大小。我们将这样的仪器称为“激光光学演示仪”。下面，我们就通过演示仪分别测出折射角与入射角的大小。为了读数的方便，我们可以将入射角设置为20度、30度、40度、50度、60度时，再读出 折射角相应的大小。

【实验探究】：分别让不同的学生读数，并把读数打在表格中：

【教师】：通过表格，同学们来观察一下，折射角与入射角的大小，又有怎样的关系呢？

【学生猜想】：它们的差值是一个定值/它们的比值是一个定值

【教师】：如果是差值是定值的话，我们试着口算一下它们的差值，发现并不是一个定值。

【教师】：我们再试着计算一下它们的比值是否为一个定值呢？它们的比值似乎在角度较小的时候确实是一个定值，，但角度再较大的时候比值也会发生变化。托勒密也在这个问题上陷入了瓶颈，但是时间并没有给他一个确切的答案。这个问题就此搁浅了十几个世纪。直到17世纪，因为光学玻璃的问世，掀起了人们研究光学物理的热潮，先后有数位科学家对折射角与入射角的大小关系进行研究。开普勒在1611年出版的《折光学》一书中写道：“对于两种给定的媒质，小于30度的入射角同相应的折射角成近似固定的比，对于玻璃或水晶，这个比约为3:2。这个比对于大的入射角不成立。”但是他得出的这个结论并没有得到人们的认可。

【教师】：又过了十年，荷兰数学家斯涅尔展开了对折射的研究，斯涅尔并没有直接测定折射角与入射角的大小，而是分别测出了折射光线在水中走过的路程s1，以及入射光线若在水中没有发生偏折时走过的路程s2,这一测，测出了科学的真相，经过大量数据的比对，斯涅 尔发现这两个路程的比值是一个定值，不论以多大的角度入射，这一个比值都是不变的。如若我们将这两个路程看成是两个直角三角形的斜边，那这两个直角三角形具有一条相同的直角边l1，当两条斜边成一定的比例关系时，直角边对应的两个夹角的正弦值也成一定的比例关系，这样我们就将路程关系转化为了角度关系，这两个夹角实际上就是分别对应我们的入射角与折射角，斯涅尔通过这样的方法探究出了折射角与入射角的角度关系，但他并没有将这一结果公布于世，直到1637年，笛卡尔在《屈光学》一书 中发表了具有现代数学形式的表达式：“正弦之比是一个定值”。下面我们通过计算来验证一下。

【教师】：验证结果表明：“入射角的正弦与折射角的正弦成正比”，但是这并不是完整的折射定律；当我们的折射光线如果与入射光线位于同一侧，我们也可以说角度成正比啊！但是，通过现象的观察，我们发现，折射光线与入射光线位于法线的两 侧；但是，还不够完整（由学生总结），请一位学生来回答

【学生】：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内。

【教师】：由此我们得出了完整的折射定律。

【教师】：之前在研究中我们发现，当光从空气射向水面发生折射时，入射角要大于折射角，但如果光沿着反方向从介质射向空气呢？光又是怎样折射的呢？（让学生猜想）

【实验观察，得出结论】：光也会沿着反方向进入空气中，由此可见：在光的折射现象中，光路也是可逆的。（板书）

【教师】：既然光路是可逆的，所以我们可以将介质射到空气中的情形等效于空气射到介质之中。但是若比较这两种情形的正弦比值，相同吗？在空气射到介质之中时，入射角大于折射角，比例常数大于1；在介质射到空气之中时，折射角大于入射角，比例常数小于1。仅仅是入射与折射的介质互换了一下，就使得比例常数不同，况且光从玻璃射向水中，从金刚石射向水中，从玻璃射向金刚石等等情形时，都会发生折射，这些情形对应的比例常数都不相等，这就给我们研究问题带来了不便。

【教师】：这时候我们类比到速度，速度也是一样，对应的参照物不同，就有成千上万个结果，但如果我们规定选取地面为参照物，这样就使得速度就可以有一个确定的值，方便我们问题的研究。

【教师】：那么，对于比例系数，我们也需要选定一个参照物，我们到底选取谁作为参照物呢？我们一般遇到的折射情景大部分都是空气射向介质，或者介质射向空气，这时候我们可以选取空气作为参照物。但是空气对光传播的影响非常的小，等效于光在真空中传播，所以我们将参照物选为“真空”，我们给这样的比例系数一个名称：绝对折射率。

【教师】：所以“光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率。”