2024-2025學(xué)年高中物理第十三章光1光的反射和折射教案新人教版選修3-4

PAGE1-1.整體設(shè)計思路（教學(xué)設(shè)計的思路與學(xué)習(xí)價值分析）中學(xué)階段只探討在兩種介質(zhì)中并且其中一種介質(zhì)是空氣的兩界面間的折射狀況及所遵循的規(guī)律。其中關(guān)于入射角與折射角之間定量關(guān)系的探討是這節(jié)課教學(xué)的重點，假如能設(shè)計試驗來完成這項任務(wù)，可以使學(xué)生更好的理解折射定律、折射率概念，起到突破折射率難點的作用。如何能在全班學(xué)生面前展示折射的光路，能夠定量測量入射角和折射角，達(dá)到試驗要求的精度，讓學(xué)生信任我們探究試驗數(shù)據(jù)的真實性，讓學(xué)生全程參加和體驗折射試驗的探究過程，卻是一個挑戰(zhàn)。教學(xué)特意設(shè)計了一個帶有圓盤刻度的白紙，使得角度的測量最小分度達(dá)到1°，估讀到0.1°，能夠保證測量試驗數(shù)據(jù)的精度，將激光筆、半圓形玻璃磚、有量角器刻度的白紙用磁扣吸在黑板上，便利在班級現(xiàn)場演示不同入射角的折射，全班參加讀取數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)的處理上運用先揣測再用試驗數(shù)據(jù)驗證的科學(xué)探討方法，借用excel表格處理數(shù)據(jù)的功能來用圖像驗證揣測的正確與否，用數(shù)學(xué)的方法處理物理數(shù)據(jù)。關(guān)于物質(zhì)折射率的測定，光路可逆原理和折射定律相結(jié)合的應(yīng)用，將在其次課時中學(xué)習(xí)。本節(jié)課程設(shè)計重點在演示試驗探究過程中得到折射定律規(guī)律和理解折射率概念，突出視察、猜想、分析的科學(xué)方法。2.目標(biāo)設(shè)計（指向?qū)W生素養(yǎng)發(fā)展的目標(biāo)設(shè)計）1.物理觀念：從物理學(xué)視角形成關(guān)于光學(xué)部分的基本相識，能用光的反射和折射說明和描述一些自然光學(xué)現(xiàn)，是物理概念折射率和光的折射定律規(guī)律在頭腦中的提煉和升華。2.科學(xué)思維：探究光的折射須要遵循的內(nèi)在規(guī)律，是在光從空氣射入半圓形玻璃磚這一基本演示試驗，從定性和定量兩方面進行科學(xué)推理，尤其是探究入射角與折射角的定量關(guān)系，讓學(xué)生從不同角度思索，是分析綜合、推理論證等科學(xué)思維方法的內(nèi)化；從試驗數(shù)據(jù)概括出入射角與折射角的正弦之比為常量。3.試驗探究：在提出探究入射角與折射角的定量關(guān)系問題時，學(xué)生大膽猜想提出合理假設(shè)，能提出試驗方案多組測量數(shù)據(jù)獲得精確數(shù)據(jù)，利用激光筆演示折射光路、在量角器刻度的白紙上獲得數(shù)據(jù)和用科技手段計算機軟件處理數(shù)據(jù)?；跀?shù)據(jù)的處理能精確表述探究結(jié)論并做出說明，探究中具有合作和溝通的意愿。4.科學(xué)看法與責(zé)任：具有學(xué)習(xí)和探討物理的新奇心和求知欲，基于數(shù)據(jù)和邏輯發(fā)表自己的見解，實事求是，通過把測量的數(shù)據(jù)列表進行分析，試圖找出事物內(nèi)在聯(lián)系的規(guī)律，這是物理探討的重要的步驟，體會物理探討中猜想—驗證的科學(xué)探討方法。關(guān)于光的折射規(guī)律有關(guān)物理學(xué)史的介紹滲透科學(xué)思想、方法、理解科學(xué)方法，樹立科學(xué)精神。3.學(xué)習(xí)內(nèi)容分析（教學(xué)內(nèi)容及內(nèi)容結(jié)構(gòu)分析，重點難點分析）教材干脆由生活中的反射和折射現(xiàn)象回顧初中所學(xué)學(xué)問——反射定律和折射現(xiàn)象，目的是使光學(xué)的學(xué)問更加完整，使中學(xué)和初中的學(xué)問更好連接，降低了學(xué)習(xí)光學(xué)學(xué)問的起點，為全反射的學(xué)習(xí)做鋪墊。接著由光的折射現(xiàn)象中折射角與入射角的定性關(guān)系干脆給出了光的折射定律。折射定律是探討幾何光學(xué)的重要規(guī)律，是全章的重點，折射率是駕馭折射定律的關(guān)鍵，也是難點。中學(xué)階段只探討在兩種介質(zhì)中并且其中一種介質(zhì)是空氣的兩界面間的折射狀況及所遵循的規(guī)律。其中關(guān)于入射角與折射角之間定量關(guān)系的探討是這節(jié)課教學(xué)的重點，假如能設(shè)計試驗來完成這項任務(wù)，可以使學(xué)生更好的理解折射定律、折射率概念，起到突破折射率難點的作用。（一）學(xué)問與技能1.知道反射定律的準(zhǔn)確含義，知道反射光路是可逆的。2.理解折射定律的準(zhǔn)確含義，并能用來說明相關(guān)的光現(xiàn)象。3.知道折射光路是可逆的，并能用來處理有關(guān)的問題。4.知道光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)，知道折射率的定義及其與光速的關(guān)系，理解折射率。（二）過程與方法1.經(jīng)驗折射定律探究的試驗過程，培育學(xué)生試驗實力，培育學(xué)生分析、推理實力，體會猜想—驗證的科學(xué)方法。2.通過畫折射的光路圖來說明有關(guān)的問題，學(xué)習(xí)用幾何學(xué)問探討光的傳播的方法，通過光路可逆培育逆向思維。（三）情感看法與價值觀1.在折射定律的探究過程中，滲透物理探討和物理學(xué)習(xí)的科學(xué)看法教化，培育學(xué)生對科學(xué)的新奇心和求知欲，同時也讓學(xué)生體驗探究自然規(guī)律的艱辛與喜悅。2、通過生活中折射現(xiàn)象的分析，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)問的熱忱，并正確相識生活中的自然現(xiàn)象。重點：光的折射定律、理解折射率的概念.通過不同介質(zhì)折射率的比較，讓學(xué)生理解折射率與介質(zhì)的特性有關(guān)，它反映了介質(zhì)對光的偏折本事。難點：光的折射定律和折射率的理解4.學(xué)情分析（學(xué)生現(xiàn)狀與需求分析）本節(jié)是高二選修3-4的一節(jié)新課，學(xué)生對光的現(xiàn)象已有簡潔的相識，對光學(xué)探討的一些物理量已有初步的了解，如入射角、反射角、折射角、法線、光的反射和折射現(xiàn)象，所以對光的反射和折射現(xiàn)象、反射定律、光的折射定律中折射光線、入射光線及界面的法線空間關(guān)系：共面的，分居法線兩側(cè)等學(xué)問點，只需借助光從空氣進入玻璃的演示試驗讓學(xué)生回顧即可。學(xué)生對折射定律中入射角與折射角的定性關(guān)系比較清晰，從空氣斜射入玻璃，入射角大于折射角，但是定量關(guān)系學(xué)生不清晰，這正是中學(xué)須要學(xué)習(xí)新的教學(xué)內(nèi)容和加強折射率概念理解的地方，其一：設(shè)計演示試驗定量探究是本節(jié)課的重點，其二：在猜想入射角與折射角定量關(guān)系時，學(xué)生可能短時間不簡潔揣測到，驗證時處理試驗數(shù)據(jù)繁瑣，故借用excel表格處理數(shù)據(jù)的功能來用圖像驗證揣測的正確與否，節(jié)約時間。這樣學(xué)生對于光從空氣射入玻璃，入射角的正弦與折射角的正弦比為一個定值相識深刻，從而突破對折射率的理解這一教學(xué)難點。5.教與學(xué)的過程設(shè)計（課堂教與學(xué)的每個步驟的情境任務(wù)及其意圖分析）教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖引入在大量筒中加入水，斜插入一根筷子，請同學(xué)視察水面上下兩部分對比出現(xiàn)什么現(xiàn)象？什么緣由形成的？視察到水中的筷子向右偏移，是光的折射形成的。用生活中常見的物理現(xiàn)象激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動力。復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)我們知道：光在同一勻稱介質(zhì)中是沿著直線傳播的。那么，當(dāng)介質(zhì)不勻稱或當(dāng)光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)中時，會發(fā)生什么現(xiàn)象呢？試驗驗證：介紹光學(xué)演示儀，指明視察——光在從一種介質(zhì)（空氣）進入另一種介質(zhì)（玻璃）時發(fā)生的現(xiàn)象（光從半圓柱玻璃磚圓心入射）演示：光在到達(dá)空氣和玻璃的界面時，一部分光被反射回空氣中，另一部分光進入玻璃接著傳播，但傳播方向發(fā)生了變更。光的反射和折射同時發(fā)生了。1、光的反射：光從一種介質(zhì)傳播至另一種介質(zhì)界面時，有部分或全部光自界面返回原介質(zhì)的現(xiàn)象。2、光的折射：光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，在兩種介質(zhì)的界面處，一部分光進入到另一種介質(zhì)中，光的傳播方向發(fā)生變更的現(xiàn)象。在光的反射現(xiàn)象中，應(yīng)當(dāng)遵循光的反射定律，其內(nèi)容？在反射現(xiàn)象中,光路是可逆的。光的反射、光的折射視察和體會光的反射、折射概念反射光線跟入射光線和法線在同一平面上，反射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè)，反射角等于入射角。通過在黑板上演示光從空氣射入半圓形玻璃磚發(fā)生的反射、折射，看到反射、折射光線的存在，鞏固和復(fù)習(xí)初中學(xué)過的概念。應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)反射定律內(nèi)在的邏輯性，三線的空間關(guān)系和兩角的定量關(guān)系，培育學(xué)生總結(jié)分析的邏輯實力。新課教學(xué)1這一節(jié)課我們復(fù)習(xí)光的反射和折射現(xiàn)象，知道光的反射遵循反射定律，那光的折射應(yīng)當(dāng)遵循何規(guī)律？1．介紹折射的相關(guān)物理量如圖所示，光從空氣射入介質(zhì)，AO為入射光線，O為入射點，OC為折射光線。入射角:入射光線與法線間的夾角i叫做入射角。折射角:折射光線與法線間的夾角r叫做折射角。AA介質(zhì)riC空氣O2．在黑板上演示：激光筆發(fā)出綠光對準(zhǔn)半圓形玻璃磚的光心從空氣射入玻璃，視察折射光線和入射光線的相對位置及折射角和入射角的關(guān)系：（要說明半圓形玻璃磚內(nèi)的折射光線與半圓面的出射光線共線，在半圓面發(fā)生了其次次折射，垂直入射垂直折射，所以折射角可以看出射光線。先演示特別狀況——光沿法線入射，不偏折，再演示隨意角入射。a.讓學(xué)生視察折射光線、入射光線及界面的法線空間關(guān)系：b.光從空氣斜射入玻璃時，入射角始終大于折射角。3．定量測量8組入射角與折射角數(shù)據(jù)，建議入射角分別取10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°，列出原始數(shù)據(jù)表（為了便利學(xué)生參加獲得數(shù)據(jù)，用攝像頭投影到大屏幕，大家一起讀取和記錄數(shù)據(jù)。但要先明確光線有肯定寬度，可用光線的中心來讀入射角和折射角）老師打開excel表格，錄入測量數(shù)據(jù)并處理：入射角增大，折射角也增大，揣測：兩者的差是不是定值呢？同學(xué)還有什么揣測？老師選擇試驗數(shù)據(jù)，運用excel自帶的數(shù)據(jù)處理描點作圖，得到i-r坐標(biāo)中的8個點，前幾個點大致在一條直線，后幾個點位置明顯不在線上，入射角與折射角存在著簡潔的正比關(guān)系，但只有對比較小的入射角才大致相符，這點早在公元1400年，托勒密也曾經(jīng)這樣相識，否定了這種揣測。假如還讓你來揣測，你還能猜想它們之間可能是什么關(guān)系？大家找不到思路，這并不是你們不夠聰慧，實在是因為入射角和折射角之間的關(guān)系太出人意料了。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)驗了近1500年的時間?？茖W(xué)探討是一件很艱苦的工作，須要有持之以恒的毅力，須要一種恒心和解決困難的志氣。希望大家不畏難，不怕苦，勇于探究和創(chuàng)新。始終到1621年，斯涅耳可能比較偏愛三角函數(shù)，當(dāng)時揣測折射角的余割和入射角的余割成線性關(guān)系，也就是我們教材上說的入射角的正弦和折射角的正弦成正比。我們將數(shù)據(jù)的第三列運用公式編輯算出sinr，第四列算出sini，選定三、四兩列數(shù)據(jù)，做出sinr-sini圖像（x-y坐標(biāo)軸），發(fā)覺8個點在一條直線上，用直線擬合，線性很好，最終自動得到擬合的直線方程，縱軸截距特別小0.003，完全可以忽視，可以認(rèn)為是過坐標(biāo)原點的直線，入射角的正弦和折射角的正弦成正比，比值為一個常數(shù)1.48。4．學(xué)生總結(jié)折射定律的內(nèi)容：5．在折射現(xiàn)象中光路也可逆，試驗驗證光從空氣射入半圓形玻璃磚，入射角50°，折射角30.4°，反過來從半圓形玻璃磚半圓面以30.4°沿光心射入，在豎直面射出時角度50°。共面，分居法線兩側(cè)學(xué)生讀取數(shù)據(jù)并記錄學(xué)生計算數(shù)據(jù)驗證老師的揣測，不對。入射角增大，折射角也增大，揣測：會不會兩角的比值不變或者是線性關(guān)系？折射光線與入射光線、法線位于同一平面內(nèi)；折射光線和入射光線分別位于法線的兩側(cè)；折射角正弦與入射角正弦成正比。視察并理解光路可逆培育類似概念的遷移實力培育學(xué)生視察和分析推理實力培育學(xué)生讀取試驗數(shù)據(jù)的實力培育學(xué)生處理試驗數(shù)據(jù)的實力、培育學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新思維實力通過把測量的數(shù)據(jù)列表進行分析，試圖找出事物內(nèi)在、相聯(lián)系的規(guī)律，這是物理探討的重要的步驟，體會物理探討中猜想—驗證的科學(xué)探討方法物理學(xué)史的介紹滲透思想、方法、理解科學(xué)方法，樹立科學(xué)精神培育學(xué)生總結(jié)和推理的實力通過光路可逆培育逆向思維。新課教學(xué)2二、折射率n光從空氣進入玻璃時，入射角的正弦與折射角的正弦成正比，比值約為1.50。若光從空氣進入另一種介質(zhì)，比如進入水中時，盡管入射角的正弦與折射角的正弦之比仍為常，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。我們設(shè)想光從空氣進入玻璃和光從空氣進入水中的入射角都是30°，則有：空氣→玻璃：=1.50空氣→水：=1.33明顯θ2′＞θ2，我們畫出光路圖如圖甲、乙所示，光從空氣進入玻璃時，折射光偏離原來的傳播方向更厲害，說明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，能反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)。我們把這個比值叫做折射率，用n表示。定義折射率n=.1．折射率的定義折射率：光從空氣射入介質(zhì)n=2．對折射率的幾點說明a．折射率定義式的適用條件：光從真空進入介質(zhì)時，介質(zhì)的折射率。b．n的大小與介質(zhì)種類有關(guān)，與i和r無關(guān)，對于確定的介質(zhì)，n是定值。光從空氣進入介質(zhì)近似于光從真空進入介質(zhì)c．折射率反映介質(zhì)對光的偏折作用：折射率較大的介質(zhì)，折射光線向法線偏折的程度就較大，即折射角較小。d.折射率無單位，任何介質(zhì)的折射率皆大于1。光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)：兩種介質(zhì)相比，折射率大的稱為光密介質(zhì)；折射率小的稱為光疏介質(zhì)。3.折射率的確定因素a.光折射的緣由是：光在不同介質(zhì)中的速度不同.b.折射率n的確定式：n=n＞1三、實際應(yīng)用應(yīng)用1：畫光路圖說明我們看到水中筷子的像向右側(cè)偏折。思索、對比探究常數(shù)的物理意義，理解折射率的概念從空氣進入介質(zhì)，入射角大于折射角，故折射率大于1。學(xué)生提出光在介質(zhì)中速度不同是折射的緣由。畫光路分析，從物體發(fā)出兩條入射光線，找折射光線的交點，即像點。相識到常數(shù)是反映介質(zhì)的光學(xué)特性，即對光的偏折程度，由介質(zhì)確定。加深對條件的相識折射率與介質(zhì)有關(guān)，計算折射率的計算式培育學(xué)生分析問題、邏輯思維實力提高解決生活中與物理學(xué)習(xí)相關(guān)的實際問題的實力課堂小結(jié)1．光的折射定律是幾何光學(xué)的三大基本規(guī)律之一，是探討幾何光學(xué)的重要工具。中學(xué)階段只探討在兩種介質(zhì)中其中一種是空氣的兩界面間的折射狀況及所遵循的規(guī)律。在應(yīng)用時，肯定要留意畫光路圖，突出幾何的特點。2．折射率是幾何光學(xué)中特別重要的基本概念之一，它反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)。思索：光從介質(zhì)1射入介質(zhì)2（兩者都不是真空），折射定律中入射角正弦與折射角正弦的比等于什么？可能有幾種折射狀況？若光從水中進入玻璃中，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=仿照n=可寫出相對折射率n21===n21==通過遷移介質(zhì)對真空即肯定折射率概念運用，提高思維實力，幫助學(xué)生深化相識，體會學(xué)習(xí)的成就感。作業(yè)布置1、說明水中的物體看上去會變淺，水的折射率為n。求：從物體上方看下去，視覺深度與物體實際深度的比值？2、說明生活中其它折射