光的折射定律物理教案

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一、教學目標

1．在物理知識方面的要求．

(1)了解介質的折射率與光速的關系；

(2)掌握光的折射定律；

(3)掌握介質的折射率的概念．

2．通過觀察演示實驗，使學生了解到光在兩種介質界面上發生的現象(反射和折射)，觀察反射光線、折射光線隨入射角的變化而變化，培養學生的觀察、概括能力，通過相關物理量變化規律的學習，培養學生分析、推理能力．

3．滲透物理研究和學習的科學態度的教育．實驗的客觀性與人的觀察的主觀性的矛盾應如何解決，人的直接觀察與用儀器探測是有差別的，我們應用科學的態度看待用儀器探測的結果．

4．會用折射定律解釋簡單的現象．

二、重點、難點分析

1．重點是光的折射定律、折射率．折射率是反映介質光學性質的物理量，由介質來決定．

2．難點是光的折射定律和折射率的應用．通過問題的分析解決加深對折射率概念的理解，學會解決問題的方法．

三、教具

1．光的折射演示器．附件：接線板、火柴、煙霧發生器及煙霧源、半圓柱透明玻璃．

2．直尺，計算器．

四、主要教學過程

(一)引入新課

我們在初中已學過光的折射規律：折射光線跟入射光線和法線在同一平面內；折射光線和入射光線分居在法線的兩側；當光從空氣斜射入水或玻璃中時，折射角小于入射角；當光從水或玻璃斜射入空氣中時，折射角大于入射角．初中學的光的折射規律只是定性地描述了光的折射現象，而我們今天要定量地進行研究．

(二)教學過程設計

演示：將光的激光演示儀接通電源，暫不打開開關，將煙霧發生器點燃置入光的折射演示器中，將半圓柱透明玻璃放入對應的位置．打開開關，將激光管點燃，讓一束激光照在半圓柱透明玻璃的平面上，讓光線垂直于平面過圓心入射(沿法線入射)，觀察折射情況：

a．角度，

b．明暗程度與入射光線進行對比．然后改變入射角進行記錄，再次觀察能量改變的情況．最后進行概括、歸納、小結．

1．在兩種介質的分界面上入射光線、反射光線、折射光線的能量分配．(某種玻璃與空氣的界面上)

*

我們可以得出結論：隨入射角的增大，反射光線的能量比例逐漸增加，而折射光線的能量比例逐漸減小．

2．經歷了近1500年才得到完善的定律．

(1)歷史發展：公元2世紀古希臘天文學家托勒密通過實驗得到：

A．折射光線跟入射光線和法線在同一平面內；

B．折射光線和入射光線分居在法線的兩側；

C．折射角正比于入射角．

德國物理學家開普勒也做了研究．

(2)折射定律：最終在1621年，由荷蘭數學家斯涅耳找到了入射角和折射角之間的關系．

將一組測量數據抄寫在黑板上讓學生進行計算(用計算器)，光線從空氣射入某種玻璃．

*

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我們可以得出結論：隨入射角的增大，反射光線的能量比例逐漸增加，而折射光線的能量比例逐漸減小．

2．經歷了近1500年才得到完善的定律．

(1)歷史發展：公元2世紀古希臘天文學家托勒密通過實驗得到：

A．折射光線跟入射光線和法線在同一平面內；

B．折射光線和入射光線分居在法線的兩側；

C．折射角正比于入射角．

德國物理學家開普勒也做了研究．

(2)折射定律：最終在1621年，由荷蘭數學家斯涅耳找到了入射角和折射角之間的關系．

將一組測量數據抄寫在黑板上讓學生進行計算(用計算器)，光線從空氣射入某種玻璃．

*

通過分析表中數據可以得出結論：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．如果用n來表示這個比例常數，就有

這就是光的折射定律，也叫斯涅耳定律．

演示：如果使光線逆著原來的折射光線到界面上，折射光線就逆著原來的入射光線射出，這就是說，在折射現象中光路也是可逆的．(在反射現象中，光路是可逆的)

3．折射率n．

光從一種介質射入另一種介質時，雖然入射角的正弦跟折射角的正弦之比為一常數n，但是對不同的介質來說，這個常數n是不同的．這個常數n跟介質有關系，是一個反映介質的光學性質的物理量，我們把它叫做介質的折射率．

i是光線在真空中與法線之間的夾角．

r是光線在介質中與法線之間的夾角．光從真空射入某種介質時的折射率，叫做該種介質的絕對折射率，也簡稱為某種介質的折射率．相對折射率在高中不作要求．又因為空氣的絕對折射率為1.00028，在近似計算中認為空氣和真空相同，故有時光從空氣射入某種介質時的折射率當作絕對折射率進行計算．

(2)折射率的定義式為量度式．折射率無單位，任何介質的折射率不

4．介質的折射率與光速的關系．理論和實驗的研究都證明：某種介質的折射率，等于光在真空中的速度c跟光在這種介質中的速度之比．

例1光在某介質中的傳播速度是2.122×108m/s，當光線以30°入射角，由該介質射入空氣時，折射角為多少？

解：由介質的折射率與光速的關系得

又根據介質折射率的定義式得

r為在空氣中光線、法線間的夾角即為所求．i為在介質中光線與法線間的夾角30°．

由(1)、(2)兩式解得：

所以r=45°．

例2光線從空氣射入甲介質中時，入射角i=45°，折射角r=30°，光線從空氣中射入乙介質中時，入射角i′=60°，折射角r′=30°．求光在甲、乙兩種介質中的傳播速度比．

解：設光在甲介質中傳播的速度為v甲，光在乙介質中傳播的速度為v乙．

根據折射率的定義式得：

根據折射率與光速的關系得：

則入射角約為多少？

解：根據光的反射定律有入射角i跟反射角β相等i=β，根據題意折射光線與反射光線垂直，即兩光線的夾角為90°，則反射角β與折射角r互余，即β+r=90°，則i＋r=90°．

又根據折射率的定義式：

所以i=60°．

練習：

這種玻璃中傳播的速度之比是多少？9∶8．

(2)光線由空氣射入某種介質，折射光線與反射光線恰好垂直，已知入射角是53°，則這種介質可能是什么？水．

(3)一束寬度為10cm的平行光束，以60°的入射角從空氣射入折射

17.3cm．

(三)課堂小結

1．光的折射定律是幾何光學的三大基本規律之一．(另外兩個規律是：光的直線傳播規律，光的反射定律)是研究幾何光學的重要法寶．高中階段只研究在兩種介質中其中一種是空氣的兩界面間的折射情況及所遵循的規律．在應用時，一定要注意作圖．突出幾何的特點．

2．折射率是幾何光學中非常重要的基本概念之一．它反映介質的光學性質．每一種介質在一定條件下有一個確切的折射率，不同種類的介質在相同的條件下，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．

3．通常說的介質的折射率是指介質的絕對折射率，即光從真空射入某種介質時的折射率．設光由介質1射入介質2，這時的折射率確切地說應該叫做介質2對介質1的相對折射率，通常用n21來表示．相對折射率在高中階段不要求，一般學校的學生最好不引入，避免引起概念混亂．

五、教學說明

1．光的折射的實驗在暗室中做效果更好，在介紹儀器時，一定要說明半圓柱透鏡的放法和如何改變入射角，特別是在做逆向入射時一定要說清楚半圓柱體透鏡的圓面入射時是沿法線入射，這時還要特別指出的是引導學生觀察光的明暗程度，分析能量分配的關系．

2．教師在黑板上作圖一定要用直尺規范作圖，強調學生也要用規尺作圖，以便養成良好的學習習慣．為將來的學習打好基礎．