《6光的偏振》教學設(shè)計(北京市省級優(yōu)課)x-物理教案

光的偏振 大興一中王明輝 一、教學分析1、教材分析《光的偏振》是《普通高中物理課程標準》選修模塊3-4中第三主題“光”中的內(nèi)容，其基本內(nèi)容要求是“觀察光的偏振現(xiàn)象”。本節(jié)課的教學內(nèi)容綜合了人教版、教科版3-4教材關(guān)于光的偏振的內(nèi)容。兩本教材均首先根據(jù)機械波的橫波縱波實驗對比，介紹偏振現(xiàn)象；再類比介紹“偏振片”及光的偏振，闡明“自然光”和“偏振光”的概念，從而通過實驗表明光是一種橫波，進而介紹偏振現(xiàn)象在生活中的應(yīng)用。教科版將“光的衍射和偏振”設(shè)計為一課時，考慮兩個現(xiàn)象聯(lián)系不大，而且對偏振現(xiàn)象的理解以及光偏振的應(yīng)用推廣，本節(jié)課采用人教版的設(shè)計將“光的偏振”單設(shè)為一課時內(nèi)容。同時考慮到學生的接受情況未將人教版中光偏振在液晶中的使用作為課堂教學內(nèi)容，而是將兩本教材的拓展材料立體電影的原理變?yōu)檎n堂內(nèi)容，將液晶中的偏振作為課堂延伸，讓學生課下自己調(diào)查、探究解決。光的偏振的知識點是在機械波的形成和傳播、波的衍射和干涉、光的干涉和衍射的基礎(chǔ)上安排的。本節(jié)課通過介紹光波作為橫波具有偏振現(xiàn)象，及光的偏振在生產(chǎn)、生活、科技等方面的應(yīng)用，有利于加深學生對光的波動性，特別是對光是橫波的理解。學情分析高中二年級學生，已經(jīng)掌握了機械波的形成和傳播、波的衍射和干涉、光的干涉和衍射的基礎(chǔ)知識，知道光是一種波。學生已經(jīng)具有一定的觀察、類比和分析推理能力，具有初步的抽象思維和科學探究能力。學生在生活中可能已經(jīng)見到過光的偏振現(xiàn)象，但對于光的偏振知識仍是比較陌生的。本節(jié)教學內(nèi)容既有物理基礎(chǔ)知識，又聯(lián)系實際生活，學生通過觀察體驗、動手實踐及實驗探究過程可以體會光的偏振現(xiàn)象及其在生活、生產(chǎn)、科技中的應(yīng)用，體會物理學的科學美，這有助于學生提高科學素養(yǎng)同時，提升人文素養(yǎng)。二、教學目標：1、知識與技能（1）知道振動中的偏振現(xiàn)象，知道只有橫波才有偏振現(xiàn)象，知道光是橫波；（2）知道偏振光和自然光的區(qū)別，初步了解光的偏振現(xiàn)象在生活、生產(chǎn)、技術(shù)中的應(yīng)用。2、過程與方法（1）通過探究實驗，學習科學研究的思維方法，體會科學發(fā)展的嚴密性。（2）通過光的偏振現(xiàn)象的探究，并應(yīng)用科學知識解決實際問題，提高學生設(shè)計實驗、觀察總結(jié)的能力。3、情感、態(tài)度、價值觀（1）通過分組活動培養(yǎng)其主動與他人合作、主動將自己的見解與他人交流的團隊精神；（2）通過學習光的偏振現(xiàn)象在生活、生產(chǎn)、技術(shù)中的應(yīng)用培養(yǎng)學生運用科學知識服務(wù)社會的意識。三、教學重難點1、重點：通過偏振現(xiàn)象說明光是橫波2、難點：偏振現(xiàn)象，探究光的偏振四、設(shè)計思想本節(jié)課充分利用實驗探究、小組交流合作等方法開展課堂教學。以立體電影引入課堂吸引學生的注意力，并且提出問題，讓學生帶著疑問投入學習，并在之后解決這個問題。讓學生體會到理論應(yīng)用于實際的快樂，并且進一步培養(yǎng)學生透過現(xiàn)象挖掘理論本質(zhì)、善于思考的習慣。高二學生已經(jīng)具有一定的抽象思維能力，但光的偏振現(xiàn)象對他們來說是完全陌生而又抽象的，而機械波的偏振現(xiàn)象相對形象些。故要本著由淺入深，新舊聯(lián)系的原則去講課，先做好機械波模擬實驗，使學生認識機械波的偏振，進而認識偏振是橫波特有的現(xiàn)象作為知識鋪墊后然后再做光的偏振實驗，有助于幫助學生理解偏振的概念，有效突破難點。在分析光的偏振實驗時，要引導(dǎo)學生理解實驗的設(shè)計思路且與機械波實驗相類比。由于光的偏振現(xiàn)象的抽象性及學生的抽象思維能力有限，所以在教學中主要采用教師設(shè)疑，學生探討的教學模式，讓學生觀察、思考、討論，充分發(fā)表意見，這樣既有利于突出重點，化解難點，又充分發(fā)揮了學生的主體性。在光偏振應(yīng)用中，利用學生熟悉的器材、環(huán)境制作微視頻，引起學生關(guān)注、激發(fā)學生的興趣。并通過偏光鏡和立體電影的介紹使學生了解光偏振的廣泛應(yīng)用。在課堂最后通過課堂延伸，將汽車遠光燈的眩光消除、液晶屏原理設(shè)計為研究性課題，將課堂知識延伸到課外，使學生走出教室，可以繼續(xù)進行自主性研究學習。五、教學方法情景設(shè)置、實驗探究法、任務(wù)驅(qū)動法六、教學過程教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動設(shè)計意圖引入展示圖片：問題1：你見過這個場景嗎？在哪里？他們在做什么？問題2：大家有沒有試過看3d電影時把眼鏡摘下來直接觀看？你看到什么景象？這時我們看到的影響是重疊模糊的。為什么3d電影看起來那么逼真、立體呢？為什么必須要帶著眼鏡去看呢？學習了這一節(jié)課你就會找到答案。要解決這個問題我們需要先了解機械波的某種現(xiàn)象。觀察圖片，回答問題通過生活中常見現(xiàn)象引起學生的興趣，提出問題，使學生帶著疑問投入學習復(fù)習回顧根據(jù)質(zhì)點振動方向與波的傳播方向關(guān)系可以將機械波分為橫波和縱波。你能說出什么是橫波、什么是縱波嗎？提問：如果在繩和彈簧的前方分別放置一個相應(yīng)尺寸的狹縫，振動能否通過狹縫繼續(xù)傳播？實驗探究：現(xiàn)象：當縫和質(zhì)點振動方向平行時，不影響振動傳播。當縫和質(zhì)點振動方向垂直時。振動被縫擋住。這種現(xiàn)象稱之為偏振現(xiàn)象。在偏振現(xiàn)象中，狹縫對機械波起到了過濾和篩選的作用，它只允許質(zhì)點振動方向與縫平行的波通過。這個方向稱為透振方向。如果讓縱波通過狹縫會不會存在偏振想象呢？實驗結(jié)論：只有橫波才能發(fā)生偏振現(xiàn)象這樣如果我們知道一列波能發(fā)生偏振現(xiàn)象，它必然是橫波，如果不發(fā)生偏振呢？它就是縱波。回憶、回答問題思考討論觀察實驗，思考成因分析猜想、驗證通過復(fù)習進一步回憶橫波和縱波的區(qū)別演示實驗，讓學生直觀感受、理解偏振現(xiàn)象。通過橫縱波實驗對比，理解偏振現(xiàn)象是橫波特有的現(xiàn)象。探究光是橫波還是縱波光的干涉、衍射現(xiàn)象多說明它是一種波，那么光波是橫波還是縱波呢？你能否提供一種實驗方法來探究一下？我們可以利用與光波相匹配的狹縫來進行實驗。這樣的裝置叫偏振片。偏振片是一種由特定的材料制成，它上面有一個特殊的方向（叫做透振方向），只有振動方向與透振方向平行的光波才能通過偏振片。偏振片對光波的作用就像狹縫對于機械波的作用一樣。實驗探究：利用所給器材（兩個偏振片）設(shè)計并操作實驗，探究光是橫波還是縱波。學生闡述實驗設(shè)計方案及實驗現(xiàn)象用一個偏振片觀察液晶屏，旋轉(zhuǎn)偏振片看到亮度發(fā)生變化用一個偏振片觀察日光燈，旋轉(zhuǎn)偏振片看到亮度幾乎不變用兩個偏振片觀察日光燈，旋轉(zhuǎn)一個偏振片看到亮度發(fā)生變化總結(jié)：通過旋轉(zhuǎn)的偏振片，看到亮暗程度發(fā)生變化，說明光能發(fā)生偏振。所以光是橫波.但是為什么觀察日光燈時卻沒有看到偏振現(xiàn)象呢？自然光：由太陽、電燈等普通光源直接發(fā)出的光，包含了在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿各方向振動的光強度都相同。這種光稱為自然光。自然光通過偏振片之后的光只沿某一特定方向振動，這樣的光稱為偏振光。如果再加一偏振片，接收屏上的亮暗程度就會發(fā)生變化。演示實驗：自然光通過兩個偏振片之后的光強度變化。如果大家通過旋轉(zhuǎn)的偏振片觀察接收屏上的亮光會有什么現(xiàn)象？光源發(fā)出的自然光經(jīng)玻璃、水面、木質(zhì)桌面反射、折射后的光線都是不同程度的偏振光。而且隨著入射角的不同，光線的偏振程度不一樣。學生實驗：托起課本觀察到背光照亮的表面，然后通過旋轉(zhuǎn)的偏振片觀察，看到什么現(xiàn)象？結(jié)合所學知識思考，設(shè)計實驗方案設(shè)計并操作實驗，觀察實驗現(xiàn)象了解自然光的概念，思考自己的實驗觀察實驗思考問題提出問題通過探究性實驗觀察光的偏振現(xiàn)象體會偏振光的普遍存在光偏振的應(yīng)用生物的生理機能與偏振光：簡介蜜蜂、螞蟻利用偏振光定位人眼不具有區(qū)別偏振光與自然光的功能，但是我們可以借助偏振片。視頻播放：透過偏振片觀察水面下的景物應(yīng)用1：相機鏡頭、眼睛上偏振片的使用。展示使用前、后對比的照片。應(yīng)用2：立體電影。小游戲：閉上一只眼睛，伸出食指，使指尖和同桌的指尖相對。睜開雙眼，重新操作。解釋左右眼的視覺差，以及立體電影原理。觀察實驗現(xiàn)象利用生活中的事物吸引學生的注意。提高學習興趣小結(jié)什么是偏振現(xiàn)象？只有橫波才能發(fā)生偏振光的偏振