高二物理沪科版选修光的折射的教学设计.doc

光的折射的教学设计
一、设计思想
“光的折射”重要内容是折射定律、折射率以及材料折射率的测定。根据学习内容和学生实际情况本节课安排两课时，第一课时重要学习折射定律、折射率及初步应用；第二课时研究折射率的测量方法并测定玻璃的折射率。“光的折射”是几何光学的重要内容，与以前教材相比，新人教版对几何光学内容删去较多，所以对“光的折射”的教学内容要更加重视。设计时突出以下三方面：
1、基于学生的已有知识，以实例和实验为基础，简朴回顾光的反射定律和反射现象中光路可逆，初步形成光路概念。在通过折射定律的应用培养分析光路图的能力，养成用光路研究几何光学的良好习惯。
2、用探究法得出折射定律，让学生经历规律发现的过程。所以在折射定律的得出过程上多花些时间，一方面用实验定性探究“折射角与入射角的定性关系”；接着重点定量分析折射角与入射角的定量关系，鼓励学生猜测并验证。
3、充足挖掘教材在情感态度价值观方面的教育功能。通过 “折射角与入射角的定量关系” 的探究和历史足迹的介绍，使学生结识到科学的发现是通过曲折艰辛过程的，体验到结识发展的规律：实践——假设——再实践——修正假设，培养学生严谨的科学态度，同时使学生结识到各学科间是互相联系、互相促进，各学科全面发展的必要性，特别是数学与物理。
二、教材分析
1、《课程标准》对本课教学内容“折射定律”的规定是“通过实验，理解光的折射定律；测定材料的折射率”。《学科教学指导意见》对本课教学内容的教学规定如下：
基本规定
①知道光的反射与折射时光路可逆
②掌握光的反射和折射定律
③知道折射率的定义和表达式，知道折射率的决定因素
发展规定
①会用实验方法测出折射率
②经历测定玻璃折射率的实验，体会其中蕴含的实验方法
说明
①不规定用惠更斯原理得出折射定律
②不规定引入相对折射率的概念
第一课时重要是达成基本规定，同时为第二课时铺垫。
2、本节课是光学的第一小节，教材在节前一方面介绍了光学的发展史。正文直接由生活中的反射和折射现象回顾初中所学知识——反射定律和折射现象，接着由光的折射现象中折射角与入射角的定性关系直接给出了光的折射定律。折射定律是研究几何光学的重要法宝，是全章的重点，折射率是掌握折射定律的关键，也是难点。高中阶段只研究在两种介质中并且其中一种介质是空气的两界面间的折射情况及所遵循的规律。
三、学情分析
光的反射的知识，内容自身比较简明，学生已有初中的基础，学习时并不感到困难。光的折射的知识，初中学习的内容是很粗浅的，初中的折射定律是作为实验的结论提出来的，定律只是说入射角与折射角哪个大。到这里光的折射定律进一步深化，并且要培养与提高学生分析光路图的能力。高中学生具有乐于探究的品质，好奇心强，直接给出“折射角与入射角的定量关系”，他们会觉得不满足，“只其然，知其所以然”才舒心。
学生学习时对于折射率概念的理解会有点困难，不真正理解就也许会乱套公式，教学中要弄清掌握折射率的几个层次。此外由于初中的知识会存在负定试作用，初学者容易认为只要发生光的折射，则其折射角一定小于入射角。学生已有一定的作图能力，但对几何光路也许会存在不规范现象，课堂上要密切观测学情采用有效措施，关注课堂，关注学生。
四、教学目的
（一）知识与技能
1、通过观测实验，了解光的反射和折射现象，并能规范做光路图。
2、通过对实验数据的分析，探究折射角与入射角的关系并归纳折射定律。
3、通过比较光从空气射入不同介质（玻璃和空气）时，入射角的正弦与折射角的正弦比值的不同来引出折射率的概念和理解其物理意义，并能用来解释光现象和计算有关的问题。
4、知道折射率与光速的关系，并能用来进行计算。
5、知道在光的反射和折射现象中光路是可逆的，建立光路是可逆的的观点并能用此解决有关的问题。
（二）过程与方法
1、能在学习光的传播和反射的基础上提出新的问题，培养提出问题的能力；
2、使学生进一步了解科学探究活动过程，提高探究能力；体会人类结识发展的规律：实践——假设——再实践——修正假设，结识逐步进一步，从而改善学习方法，按照物理学科的特点去学习物理学知识；结识到各学科是互相联系，互相促进，全面发展的必要性，特别是数学与物理
（三）情感态度与价值观
1、有与别人交流和合作的精神、敢于提出自己不同的见解；
2、逐步领略折射现象的美妙，获得对自然现象的热爱、亲近的感觉；
3、借助课堂小实验、多媒体课件和丰富的网上资料，培养学生热爱物理、热爱科学的情感。
4、结识到科学的发现是通过曲折艰辛过程的，并树立为科学献身的精神。同时体验严谨的科学态度。
五、重点难点
重点：折射定律的得出过程以及对光的折射率的理解
难点：折射率的理解，折射定律与光路可逆原理的综合运用
六、教学策略与手段
引导探究“折射角与入射角的定量关系”，分层理解折射率概念
七、课前准备
光的折射演示器，多媒体课件，直尺
八、教学过程
[新课导入]
1．多媒体播放各种光的奇妙美丽的现象。（创设情景
2．介绍光的发展史：从17世纪波、粒二种学说，到19世纪波动说的完美，再到二十世纪的波粒二象性。
3．介绍本书安排的知识：物理光学和几何光学
[新课教学]
一、反射定律
结合实验现象回忆光的反射现象和光的反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角。
二、折射定律
1、插针法体现光路图：学生回顾光的反射定律和折射定律。激励个别学生积极用实物放置来体现光的反射定律和折射定律，并请学生放置体现的具体含义。（空间——平面——1/4平面——线；空间——平面——1/4平面——比1/4平面更小的平面，折射光线暂不能拟定）。
2、提出问题1：如何拟定折射光线的位置？
3、探究光的折射规律
引导学生在光具盘上找出分界面、法线、入射光线、折射光线、入射角和折射角。
再次观测光的折射：空间——平面——1/4平面——线：定性观测光从空气斜射入玻璃中时折射角与入射角的关系，改变入射角的大小，观测折射角的变化，定性分析入射角与折射角的大小关系。。定量测定几组入射角与折射角（精度小）。教师提供更精确数据（光从空气射入玻璃），组织学生分析数据：
入射角
折射角

10°
6.7°

20°
13.3°

30°
19.6°

40°
25.2°

50°
30.7°

60°
35.1°

70°
38.6°

80°
40.6°

◆教师用PPT控制，先给出前四组数据，学生猜测也许的函数关系，如成正比﹍﹍﹍，再用Excell计算验证。
◆教师再给出后四组数据，验证假设——修正猜测﹍﹍﹍，得出初步结论。
4、介绍历史足迹，渗透思想、方法教育
公元140年，希腊天文学家托勒密曾经认为，入射角与折射角之间存在着简朴的正比关系，并且用实验方法求出了从空气射入玻璃时=0．67。但是，由此计算出来的折射角，只对比较小的入射角才大体与实验结果相符，当入射角增大时，就不符合了。
为了研究折射角与入射角的定量关系，科学家作了多方面的尝试，直到162023，斯涅耳才终于找到了这个关系。
人类从积累入射角与折射角的数据到找出两者之间的定量关系，经历了一千数年的时间。直到162023，荷兰数学家斯涅耳才终于找到了入射角与折射角之间的规律：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。
5、归纳折射定律
折射定律：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。即 式中是比例常数。
说明，我们在上一章研究波的折射时已见过这个等式，那时从惠更斯原理得出的推论；而这里是用实验得出的。由此我们可以想到：光也许是一种波？
6、实验直观观测折射现象中光路可逆
演示光路可逆实验。光从空气斜射入玻璃中的实验已经在前面做过，若让光从玻璃射入空气中，结果会如何？请一位同学用笔在入射光线和折射光线的位置分别做上一个标记。再让入射光线逆着本来折射光线的方向入射，观测现在折射光线的所在的位置是否与原入射光线的方向相同。
三、折射率
1、发明情景2：进一步验证折射定律（光从空气射入水时的情况）
入射角（度）
折射角（度）

0
0

10
7°29＇

20
7°52＇

30
22°01＇

40
28°49＇

50
35°49＇

60
40°30＇

70
44°48＇

80
47°36＇

2、发现问题2：光从空气射入水时入射角的正弦跟折射角的正弦的比值不同样？
3、探讨比值常数的含义
光从第1种介质射入第2种介质时，虽然入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数，但是对不同的介质来说，这个常数是不同的。由此可见常数与入射角、折射角无关，只与两种介质有关。
交代常数就记为
在实际应用中，碰到最多的情形是光从空气射入某种介质，或从某种介质射入空气，而空气对光的传播的影响很小，可以当作真空解决。因此，以后我们讨论光从真空射入介质的情形，常数就记为。
对于不同的介质常数是不同的。光从空气射入玻璃时，常数=1.5；光从空气射入水时=1.33。可见常数与介质有关系。
4、折射率
（1）定义：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，用符号表达。=sinθ1/sinθ2
（2）不同介质的折射率
介质
金刚石
二氧化碳
玻璃
水晶
岩盐
酒精
水
空气
折射率
2.42
1.63
1.5-1.8
1.55
1.55
1.36
1.33
1.00028
（3）意义：是一个反映介质光学特性的物理量。常数越大，光线从空气射入这种介质时偏折的角度越大。
5、折射率与光的传播速度的关系：
研究表白，光在不同介质中的速度不同。这也正是光发生折射的因素某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比，即
由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于1。光从真空射入任何介质时，sinθ1都大于sinθ2，即入射角大于折射角。
思考“当光从介质射入空气时，会怎么样呢？”
根据光路可逆，光由玻璃砖射向空气时，即入射角小于折射角，并再次实验演示。
并引导学生讨论“当光由玻璃射入空气时sinθ1是否与sinθ2成正比及比例常数是多少？玻璃的折射率是多大？”。从而真正理解折射率和灵活应用光路可逆。
[课堂巩固] （看时间选做）
1．为什么人在水上看到物体的像，比实际物体位置偏上，感觉水比较浅。（“学以致用”，定性分析实际问题）
2． 光在大气层中的折射。“日出：分析
3．光在某种介质中的传播速度是，则该介质的折射率多少？
当光线以30°入射角由该介质射入空气时，折射角为多少？ （有关折射率的综合计算）
4．如图一个储油桶的底面直径与高均为d。当桶内没有油时，从某点Ａ恰能看到桶底边沿的某点Ｂ。当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿ＡＢ方向看去，恰好看到桶低上的点c，ＣＢ两点距离d/4。求油的折射率和光在油中传播的速度。（运用光路和折射定律解决实际的问题。同时渗透求折射率的方法）

Ｂ
Ａ

[课堂小结]
1．折射定律内容（三句话）
2．折射率：定义（光从真空射入空气……
意义
3．折射率与光速的关系：
4．光路可逆
体会画好光路的必要性和重要性，理解“看到”的光学含义

九、教学反思
1．本节课是学生学习光学的第一节课，做好章节引入非常重要。这节课学生例举了很多生活中的光知识，爱好昂扬，体验生活，热爱生活，热爱物理。
2．整节课始终贯穿用光线研究光的传播，通过教师示范，既培养了学生画几何光路的能力，又养成画好光路的习惯。课堂上学生积极动脑、动手、双手积极配合。这与老师课前吩咐带足学习工具密切相关。
3．对折射定律的得出，书本上一笔带过。这节课教师采用探究式教学，分析入射角和折射角的定性关系。并回顾光学研究历史过程，从测量得数据到得出结论经历了一千数年……，学生充足体验到学科之间联系的重要性，从而树立学好数学和物理的决心。
4．由于是第一节光学课，要渗透学习几何光学的思想、方法，同时这节又是重点内容，内容有多，在应用上时间显得太匆忙了。所以课堂上要好好把握时间分派与上课节奏，课件和实验要做好充足准备。最佳在这节课前先安排一节课，复习一下光的直线传播和光的反射及其应用，在应用中初步渗透画好光路的思想方法。这样这节课专门学习光的折射、折射率及它们的应用。