2022年高三物理 第十九章 光的傳播 二、光的折射(第一課時)

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1、2022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(rèn)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(xiàn)身的精神.同時,也可以啟發(fā)學(xué)生遵循人類認(rèn)

2、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(rèn)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). ●

3、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(jìn)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(jìn)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

4、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(jìn)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

5、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(jìn)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(jìn)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(dá)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(jìn)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

6、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

7、: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(jìn)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°,

8、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

9、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(jī)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(yuǎn)很遠(yuǎn). [教師繼續(xù)]實際上在公元1400年,托勒密也曾經(jīng)認(rèn)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1

10、621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(jìn)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(jìn)一步的實驗發(fā)現(xiàn).若光從空氣進(jìn)入另一種介質(zhì).比如進(jìn)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

11、們設(shè)想光從空氣進(jìn)入玻璃和光從空氣進(jìn)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(jìn)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(qiáng)調(diào):光從真空進(jìn)入介質(zhì),若光從介質(zhì)進(jìn)入真空.則入射角正弦與折射角正弦之比= b.光從空氣進(jìn)入介質(zhì)近似于光從真空進(jìn)入介質(zhì) c

12、.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(jìn)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(jìn)入空氣是發(fā)散的.但它們的反向延長線交于一點

13、,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(dá)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(jìn)入人眼的折射光OA在界面上的出射點O,進(jìn)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

14、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

15、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

16、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(jìn)入介質(zhì) (=——光從介質(zhì)進(jìn)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—

17、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

18、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2.122×108 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

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