高中物理：4.1《光的折射定律》教案(鲁科版选修3-4)

教学资料参考范本【2019-2020】高中物理第四章光的折射第1节光的折射定律教学案教科版选修3_4撰写人：__________________部门：__________________时间：__________________对应学生用书P49[自读教材·抓基础]1．光的反射光射到两种介质的分界面时，一部分光仍回到原来的介质里继续传播的现象。

2．光的折射现象(1)光的折射：图4－1－1如图4－1－1所示，当光线入射到两种介质的分界面上时，一部分光被反射回原来的介质，即反射光线OB。

另一部分光进入第二种介质继续传播的现象，即光线OC，叫做光的折射，光线OC称为折射光线。

折射光线与法线的夹角称为折射角r。

(2)入射角与折射角：在如图4－1－2所示光路中：图4－1－2①MN表示界面，PQ表示法线。

②AO表示入射光线，OB表示折射光线。

③∠3表示入射角，∠1表示折射角。

(3)折射定律：入射光线、折射光线和法线在同一平面内，入射光线与折射光线分别位于法线的两侧，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比是一个常数，即＝n，n为比例常数。

[跟随名师·解疑难]1．对折射定律的理解(1)“同面内”：“折射光线与入射光线、法线在同一平面内”，这句话大体上说明了三线的空间位置：折射光线在入射光线与法线决定的平面内，即三线共面。

(2)“线两旁”：“折射光线与入射光线分居在法线两侧”，这句话把折射光线的位置又作了进一步的确定，使得折射光线的“自由度”越来越小。

(i>0)(3)“正比例”：“入射角的正弦值与折射角的正弦值之比为一常数”，即＝n，折射角r随入射角i的变化而变化，入射角i的正弦与折射角r的正弦之比是定值，当入射光线的位置、方向确定下来时，折射光线的位置、方向就确定了。

所以，光的折射定律是光从一种介质射向另一种介质中时，在传播过程中遵循的必然规律。

2．光线偏折的方向(1)如果光线从折射率(n1)小的介质射向折射率(n2)大的介质，折射光线向法线偏折，入射角大于折射角，并且随着入射角的增大(减小)，折射角也会增大(减小)。

光的折射定律-教科版选修3-4教案一、概述本教案以教科版选修3-4为基础，针对光的折射定律进行教学设计。

通过本文的学习，可以了解光的折射和反射的基本原理，掌握光的折射定律的推导方法和应用，提高学生的实验操作能力和科学思维能力。

二、知识点1.光线定义2.光的折射和反射3.折射角和入射角之间的关系4.光的折射定律的推导5.光的折射定律的应用三、教学目标1.知道光的折射和反射的概念和基本原理；2.掌握光的折射定律的推导方法和应用；3.认识到光的折射定律在生活中的实际应用；4.提高实验操作能力和科学思维能力。

四、教学内容和步骤1. 光的折射和反射1.1 前置知识光线，光的直线传播。

1.2 师生互动引导学生了解光的折射和反射的现象和基本原理。

1.3 实验演示通过实验演示，展示光的反射和折射的过程，让学生观察和思考。

2. 折射角和入射角之间的关系2.1 前置知识平面镜和反射角定义。

2.2 师生互动通过交互式讨论，让学生了解光线的入射角、反射角和折射角的概念和关系。

3. 光的折射定律的推导3.1 前置知识空气和玻璃的折射率的定义。

3.2 实验演示通过实验演示，证实光线在过渡介质中的折射规律。

3.3 数学推导根据光的直线传播和折射规律，推导得出光的折射定律。

4. 光的折射定律的应用4.1 前置知识菲涅尔透镜。

4.2 实践操作通过实践操作，应用光的折射定律，制作菲涅尔透镜，展示其在凸透镜上的作用。

五、教材参照光的折射定律-教科版选修3-4。

六、教学反思本教案的设计以任务为导向，注重实践操作和思维启发。

同时，引导学生不断思考光的折射和反射的现象和规律，促进科学思维的发展。

在教学过程中，要注重个性化教学，适时引导学生自主探索，提高学习兴趣和积极性。

第3讲 光的折射 全反射知识排查光的折射定律 折射率图11.折射现象光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向发生改变的现象，如图1所示。

2.折射定律(1)折射角与入射角的定量关系：入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个常数。

(2)表达式：sin isin r ＝n 。

3.折射率(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角i 的正弦与折射角r 的正弦的比值n ，叫做这种介质的折射率。

(2)物理意义：折射率n 反映介质的光学特性，不能说n 与sin i 成正比，与sin r 成反比，n 由介质本身的光学性质和光的频率决定。

全反射 光导纤维1.光密介质与光疏介质2.(1)定义：光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到一定程度时，折射光线完全消失，全部光线都被反射回光密介质内的现象。

(2)条件：①光从光密介质射向光疏介质。

②入射角大于等于临界角。

(3)临界角：折射角等于90°时的入射角。

若光从光密介质(折射率为n )射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C ，由n ＝sin 90°sin C ，得sin C ＝1n 。

介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。

3.光导纤维光导纤维的原理是利用光的全反射(如图2)。

图2 小题速练1.(多选)一束单色光从真空斜射向某种介质的表面，光路如图3所示。

下列说法中正确的是( )图3A.此介质的折射率等于1.5B.此介质的折射率等于 2C.当光线从介质射向真空中时，入射角大于45°时可发生全反射现象D.当光线从介质射向真空中时，入射角小于30°时可能发生全反射现象E.光进入介质时波长变短 答案 BCE2.(多选)一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O 点为该玻璃砖截面的圆心，下图中能正确描述其光路的是( )答案 ACE3.(多选)如图4所示，两束不同频率的平行单色光a 、b 从水射入空气(空气折射率为1)发生如图所示的折射现象(α<β)，下列说法正确的是( )图4A.随着a 、b 入射角度的逐渐增加，a 先发生全反射B.水对a 的折射率比水对b 的折射率小C.在水中的传播速度v a >v bD.在空气中的传播速度v a >v bE.当a 、b 入射角为0°时，光线不偏折，但仍然发生折射现象解析 由于α<β，所以折射率n a 小于n b ，由于n ＝c v知，在水中的传播速度v a ＞v b ，由sin C ＝1n知，随着a 、b 入射角的逐渐增大，b 先发生全反射，a 、b 在空气中的传播速度都是c ，故A 、D 错误，B 、C 正确；当a 、b 入射角为0°时，光线虽然不偏折，但仍然发生折射现象，故E 正确。

第1节光的折射学案学习目标：1.理解光的折射定律，并能用来解释和计算有关的问题．2．理解折射率的物理意义，知道折射率与光速的关系．3．掌握测定玻璃折射率的实验，会解决与实验相关的问题．根底知识：一、折射角与入射角的定量关系1．折射现象光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变的现象．2．折射定律(1)内容：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比．(2)表达式：sin θ1sin θ2＝n12.光路的特点：在光的折射现象中，光路是可逆的．二、折射率的意义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，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，用符号n表示．真空的折射率为1，空气的折射率近似为1.2．定义式：n＝sin θ1 sin θ23．物理意义折射率n是一个与介质有关的常数，是反映介质光学性质的物理量．4．用光速表示折射率n＝cv某种介质的折射率，等于光在真空中传播的速度c与光在这种介质中的传播速度v之比．特点：任何介质的折射率都大于1．三、测定介质的折射率1．实验原理用插针法确定光路，找出与入射光线相应的出射光线，就能在玻璃砖中画出对应的折射光线，从而可以测出一组对应的入射角和折射角，根据折射定律便可求出玻璃的折射率．2．实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针4枚、图钉(3～4枚)、量角器、直尺、铅笔．3．操作步骤(1)把白纸用图钉钉在木板上；(2)沿玻璃砖的一个面画一条线aa′作为界面，过aa′上一点O作垂直于aa′的直线NN′作为法线，过O点画一条入射光线AO，使入射角θ1适当大些．如下图；(3)在AO线上竖直地插两枚大头针P1、P2，在白纸上放上被测玻璃砖，使玻璃砖的一个面与aa′重合；(4)沿玻璃砖的另一侧面画一条直线bb′；(5)在玻璃砖的bb′一侧白纸上竖直地立一枚大头针P3，用眼睛观察调整视线，同时移动大头针P3的位置，使P3恰好能同时挡住玻璃砖aa′一侧所插的大头针P1、P2的像，此时把大头针P3插好；(6)在玻璃砖bb′一侧再竖直地插一枚大头针P4，使P4能挡住P3本身，同时也能挡住P1、P2的像；(7)记下P3、P4的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过P3、P4连一条直线BO′交bb′于O′点，连接OO′，OO′就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线，折射角为θ2；(8)用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的大小；(9)改变入射角θ1，重复上面的步骤再做三、四次，量出相应的入射角和折射角；(10)算出入射角不同时sin θ1sin θ2的值，求出几次实验中的平均值就是玻璃的折射率．重难点理解：一、折射定律的理解和应用1．光的方向光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一般要发生变化(斜射)，并非一定变化，当光垂直界面入射时，传播方向就不发生变化．2．光的传播速度光从一种介质进入另一种介质时，传播速度一定发生变化，当光垂直界面入射时，光的传播方向虽然不变，但也属于折射，光传播的速度发生变化．3．入射角与折射角的大小关系光从一种介质进入另一种介质时，折射角与入射角的大小关系不要一概而论，要视两种介质的折射率大小而定．当光从真空斜射入介质时，入射角大于折射角；当光从介质斜射入真空时，入射角小于折射角．二、对折射率的理解和计算1．关于正弦值当光由真空中射入某种介质中时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值之比是一个常数．2．关于常数n入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数，但不同介质具有不同的常数，说明常数反映着该介质的光学特性．3．光传播速度介质的折射率n跟光在其中的传播速率v有关，即n＝cv，由于光在真空中的传播速率c大于光在任何介质中的传播速率v，所以任何介质的折射率n，光从真空斜射入任何介质时，入射角均大于折射角；而光由介质斜射入真空时，入射角均小于折射角．4．决定因素介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量，它的大小只能由介质本身及光的性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化．典例1、(多项选择)一束光从某种介质射入空气中时，入射角θ1＝30°，折射角θ2＝60°，折射光路如下图，那么以下说法正确的选项是()A．此介质折射率为3 3B．此介质折射率为 3C．将入射角改为60°，此介质折射率不变D．光在介质中的速度比在空气中大解析：选BC．由入射角、折射角及折射定律的含义知n＝sin θ2sin θ1＝3，A错误，B正确；折射率反映介质的光学性质，与入射角的大小无关，故C正确；由n＝cv知，D错误．典例2、如下图，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率．在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O，在玻璃砖(图中实线局部)另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接OP3，图中MN为分界面，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点．(1)设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO 的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量________，那么玻璃砖的折射率可表示为________．(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将________(填“偏大〞“偏小〞或“不变〞)．[解析](1)sin θ1＝l1BO，sin θ2＝l3CO，因此玻璃的折射率n＝sin θ1sin θ2＝l1BOl3CO＝l1l3，因此只需测量l1和l3即可．(2)当玻璃砖顺时针转过一个小角度时，在处理数据时，认为l1是不变的，即入射角不变，而l3减小，所以测量值n＝l1l3将偏大．[答案](1)l1和l3n＝l1l3(2)偏大稳固练习：1.关于光的折射现象，以下说法正确的选项是( )A.光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一定发生变化D.介质的折射率越大，光在这种介质中传播速度越快2.关于折射现象，以下说法中正确的选项是( )C.折射角增大为原的2倍时，入射角也增大为原的2倍D.折射率越大的介质，光在其中传播的速度越小3.如果光以同一入射角从真空射入不同介质，那么折射率越大的介质( )A.折射角越大，表示这种介质对光线偏折作用越大B.折射角越大，表示这种介质对光线偏折作用越小C.折射角越小，表示这种介质对光线偏折作用越大D.折射角越小，表示这种介质对光线偏折作用越小4.在水中同一深度并排放着红、蓝、紫三种颜色的球，假设在水面正上方俯视这三个球，感觉最浅的是( )参考答案1.选B。

第一节光的折射定律三维教学目标1、知识与技能（1）掌握光的反射及反射定律；（2）掌握光的折射及折射定律；（3）掌握介质的折射率的概念，了解介质的折射率与光速的关系。

2、过程与方法：通过观察演示实验，使学生了解到光在两种介质界面上发生的现象(反射和折射)，观察反射光线、折射光线随入射角的变化而变化，培养学生的观察、概括能力，通过相关物理量变化规律的学习，培养学生分析、推理能力。

3、情感、态度与价值观：渗透物理研究和学习的科学态度的教育，实验的客观性与人的观察的主观性的矛盾应如何解决，人的直接观察与用仪器探测是有差别的，我们使用科学的态度看待用仪器探测的结果。

教学重点：光的折射定律、折射率。

折射率是反映介质光学性质的物理量，由介质来决定。

教学难点：光的折射定律和折射率的使用，通过问题的分析解决加深对折射率概念的理解，学会解决问题的方法。

教学方法：引导、探究教学用具：光的折射演示器，附件：接线板、火柴、烟雾发生器及烟雾源、半圆柱透明玻璃、直尺、计算器。

（一）引入初中已学过光的折射规律：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居在法线的两侧；当光从空气斜射入水或玻璃中时，折射角小于入射角；当光从水或玻璃斜射入空气中时，折射角大于入射角。

初中学的光的折射规律只是定性地描述了光的折射现象，而我们今天要定量地进行研究：（二）新课教学演示：将光的激光演示仪接通电源，暂不打开开关，将烟雾发生器点燃置入光的折射演示器中，将半圆柱透明玻璃放入对应的位置，打开开关，将激光管点燃，让一束激光照在半圆柱透明玻璃的平面上，让光线垂直于平面过圆心入射(沿法线入射)，观察：折射情况，a．角度，b．明暗程度与入射光线进行对比。

然后改变入射角进行记录，再次观察能量改变的情况。

1、在两种介质的分界面上入射光线、反射光线、折射光线的能量分配随入射角的增大，反射光线的能量比例逐渐增加，而折射光线的能量比例逐渐减小。

2、经历了近1500年才得到完善的定律（1）历史发展：公元2世纪古希腊天文学家托勒密通过实验得到：A．折射光线跟入射光线和法线在同一平面内；B．折射光线和入射光线分居在法线的两侧；C．折射角正比于入射角。

第一节光的折射定律教学目标一、知识目标1.知道反射定律的确切含义，并能用来解释有关现象.2.知道反射现象中光路是可逆的，并能用来处理有关问题.3.知道平面镜成像特点及作图方法.4.理解折射定律的确切含义，并能用来解释有关的光现象和计算有关的问题.5.知道折射光路是可逆的，并能用来处理有关的问题.6.知道折射率的定义及其与光速的关系，并能用来进行有关的计算.二、能力目标1.会用反射定律解释有关现象和处理有关问题.2.会用折射定律计算有关的问题，能理解折射率与光速的关系，并能用来进行有关的计算.三、德育目标1.通过观察演示实验，培养学生的观察、概括能力，通过相关物理量变化规律的教学，培养学生分析、推理能力.2.渗透物理研究和学习的科学态度教育.●教学重点光的折射定律.折射率概念.●教学难点光的折射定律和折射率的应用.●教学方法——比值法、乘积法、加减法、图象法等，为学生今后对实验数据的处理打开思路.最后通过例题练习巩固所学内容.●教学过程一、引入新课我们已经知道了，光在同一均匀介质中是沿着直线传播的，那么，当介质不均匀或当光从一种介质进入另一种介质中时，会发生什么现象呢？［学生］反射，折射［教师］对，这一节课，我们先简要地复习光的反射，再深入地研究光的折射现象.二、新课教学（一）光的反射现象反射定律1.介绍光学演示仪，指明观察对象——光在从一种介质（空气）进入另一种介质（玻璃）时发生的现象（半圆柱玻璃砖直面柱心正对入射光）2.演示：光在到达空气和玻璃的交界面处时，一部分光被反射回空气中，另一部分光进入玻璃继续传播，但传播方向发生了改变.3.学生边观察边回忆反射定律：转动光具盘以改变入射角，让前排学生读出几组入射角和反射角数据.两者相等.同时提醒学生注意.光具盘面是竖直的，在这个面上同时能看到反射光线和入射光线.说明两线共面，又因为法线也在这个面内.故三线共面.4.归纳反射定律：三线共面两角相等.（二）平面镜成像及作图1.让学生回忆平面镜成像的特点：正立、等大、异侧、虚像、对称.2.教师简述平面镜成像原理、作图方法并予以示X.a.平面镜成像原理：如图19—9，光点S入射到平面镜的光线，其反射光线的反向延长线的交点即为S的像，人眼根据光沿直线传播的经验，感觉反射光都是从S′发出的.b.平面镜成像作图.图19—9讲：两条光线即可确定像点的位置.所以无需多画.步骤是：（1）由对称性确定像点的位置；（2）任意画两条入射光线；（3）过像点作出对应的两条反射光线；（4）若是作物体AB 的成像光路图，则只需作出A、B点的成像光路图.连接A、B点即可.（三）光的折射折射定律1.实验观察变为看折射光和入射光的相对位置及折射角和入射角关系的观察：a.让学生观察折射光.入射光及界面的法线也是共面的.b.光从空气进入玻璃时，入射角增大.折射角也增大，但入射角始终大于折射角.2.定量测量5组数据，仿照课本列出原始数据表（可让前排的学生读取数据.但要先明确法线）3.分析测量数据：（建议入射角分别取10°,20°,30°,40°,50°）［教师］［故意自言自语地］入射角增大，折射角也增大，两者的差是不是定值呢？（有学生开始计算）［学生甲］不是，差值是越来越大的.［师］是不是有规律地增大，比如入射角增大10°，折射角一定增大某一个数值？［生］不是，前两组差不多，后两组又不同了.［师］那么，会不会两角的比值不变呢，大家算算看.（学生计算，有学生算了两组数据说好像是相等的）［师］能不能从两组数据下结论？［生］不能.［师］对，那样太轻率了点.把5组数据都算出来看看.［学生继续计算.发现比值也是不相等的］［师］看来我们碰到麻烦了，如果让你来猜的话，你还能猜想它们之间可能是什么关系？［生沉默］［师］其实不是你们不够聪明，实在是因为入射角和折射角之间的关系太出乎人意料了.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，经历了近1500年的时间［有学生惊叹］.［教师抓住机会教育］科学研究是一件很艰苦的工作，需要有持之以恒的毅力和必胜的信念.有时需要几代人的努力.我们要学好物理也需要这样一种恒心和解决困难的勇气.希望大家不畏难，不怕苦，勇于探索，在科学学习之路上能走得很远很远.［教师继续］实际上在公元1400年，托勒密也曾经认为，入射角与折射角存在着简单的正比关系，但只有对比较小的入射角才大致相符，就像我们刚刚在计算中发现的那样.直到1621年，才由斯涅耳找到了这个关系.这个谜终于被解开了，谜底是——入射角的正弦和折射角的正弦成正比. 即2sin sin θθ=常数.请大家看课本的实验数据及分析. ［学生看书30秒］4.师生一起归纳总结折射定律的内容.——直接给出即可，学生能领会.（四）折射率n°，则有：空气→玻璃：2sin sin30θ=1.50 空气→水：'2sin sin30θ 显然θ2′＞θ2，我们画出光路图如图19—11甲、乙.可以看到，光从空气进入玻璃时.折射光偏离原来的传播方向更厉害.也就是说，这个比值的大小能反映介质对光的偏折程度，比值越大.表明介质对光的偏折作用越大.我们把这个比值叫做折射率，用nn =21sin sin θθ.a 21sin sin θθ=n1 图19—11b .光从空气进入介质近似于光从真空进入介质Ⅰ，玻璃为介质Ⅱ,则写作n 21=21sin sin θθa .光折射的原因是：光在不同介质中的速度不同.［做课本后的“做一做”小实验，帮助学生理解这一点］b .折射率n 的决定式：n =vcc.n ＞1 n =vc 可写出相对折射率n 21=21v v =21n c n c =12n n （五）课堂巩固训练三、小结1.光的反射定律和折射定律是几何光学的两大基本规律（另外一个是光的直线传播规律）.是研究几何光学的重要法宝.在应用时一定要注意作图，突出几何的特点.2.反射成像和折射成像的原理分别是：平面镜成像是反射光线反向延长线的交点.折射成像是同一光点的折射光线或其反向延长线的交点.为该光点的像.应在明确成像原理的基础上正确画出光路图再行求解.3.折射率是几何光学中非常重要的基本概念之一.它反映介质的光学性质，每一种介质在一定条件下有一个确切的折射率，不同种类的介质在相同的条件下，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.n 21来表示.四、布置作业。

第1节光的折射定律教案【三维目标】【知识与技能】1.理解光的折射定律，并能用来解释有关的光现象和计算有关的问题。

2.知道折射率的含义及其与光速的关系，并能用来进行计算。

【过程与方法】1.利用实验采集数据，从而推出折射定律。

2.通过对自然界中折射现象的分析，培养学生应用已有物理知识分析实际问题的能力。

【情感态度与价值观】1.通过体验折射定律的发现过程培养学生的探索精神。

2.渗透物理研究和学习的科学态度。

【教学重点】光的折射定律、折射率．折射率是反映介质光学性质的物理量，由介质来决定。

【教学难点】光的折射定律和折射率的应用．通过实际问题的分析解决加深对折射的理解，学会解决问题的科学方法。

【教具】光的折射演示器，ppt课件。

【主要教学过程】(一)引入新课光从一种介质斜射入另一介质时，传播方向发生改变的现象，叫做光的折射。

在遥远的古代科学家们就开始研究光的折射现象了。

公元2世纪古希腊天文学家托勒密通过实验得到：A．折射光线跟入射光线和法线在同一平面内；B．折射光线和入射光线分居在法线的两侧；托勒密关于光的折射的最早的理论我们已经在初中学习过了。

（注意强调光路图的规范画法）德国物理学家开普勒在托勒密的基础上继续有关光的折射的研究，可惜没有得到最终的折射定律。

最后在经历了1500年的辛苦探索后，在1621年，由荷兰数学家斯涅耳找到了光的折射定律，即入射角和折射角之间的关系．今天就让我们回到几百年前，通过实验一起去体会斯涅耳科学家是如何找到折射定律的。

(二)教学过程试验与探究：探究折射角与入射角的关系要求学生：记录入射光、折射光偏离法线的角度；不断改变入射光的方向，观察折射光的方向如何变化，将相应的角度值填入下表。

光线从空气射入玻璃中通过分析表中数据可以得出结论：入射角增大，折射角也在增大，但是折射角个入射角之间的关系不是简单的正比关系。

入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．如果用n来表示这个比例常数，就有i这就是光的折射定律，也叫斯涅耳定律。