2019-2020年高三物理 第十九章 光的傳播 二、光的折射(第一課時(shí)).doc
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2019-2020年高三物理 第十九章 光的傳播 二、光的折射(第一課時(shí)) ●本節(jié)教材分析 新教材將光的反射、平面鏡一節(jié)刪除,只在光的折射中簡(jiǎn)要回顧了光的反射定律及反射中光路可逆,但在章末的練習(xí)中給出了“人在鏡中能看到自己的全身像所需平面鏡的最短長(zhǎng)度及懸掛方法”這樣的題,所以平面鏡成像特點(diǎn)及作圖法依然要作必要的復(fù)習(xí)和補(bǔ)充. 折射定律在初中是作為實(shí)驗(yàn)的結(jié)論提出來(lái)的.沒(méi)有講入射角的正弦與折射角的正弦成正比,只是說(shuō)入射角與折射角哪個(gè)大.高中教材中簡(jiǎn)要地介紹了折射定律發(fā)現(xiàn)的過(guò)程,通過(guò)史料的學(xué)習(xí)可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)上的發(fā)現(xiàn),是經(jīng)過(guò)曲折的艱辛過(guò)程的,培養(yǎng)學(xué)生為科學(xué)獻(xiàn)身的精神.同時(shí),也可以啟發(fā)學(xué)生遵循人類(lèi)認(rèn)識(shí)發(fā)展的規(guī)律去學(xué)習(xí)物理定律. 折射率是掌握折射定律的關(guān)鍵,也是難點(diǎn),學(xué)生感到難,是因?yàn)闆](méi)有弄清掌握折射率的幾個(gè)層次,即(1)當(dāng)光由真空射入水中時(shí),入射角、折射角以及它們的正弦值是可以改變的,但是正弦值之比卻是個(gè)常數(shù).(2)對(duì)不同的介質(zhì)具有不同的常數(shù),說(shuō)明常數(shù)反映著介質(zhì)的光學(xué)特性.(3)介質(zhì)的折射率跟光在其中的傳播速度v有關(guān).n=.課本為了讓學(xué)生理解這一點(diǎn),特別在后面設(shè)置了一個(gè)課外小實(shí)驗(yàn).如果能讓學(xué)生親自動(dòng)手做一做,對(duì)學(xué)生理解這一知識(shí)點(diǎn)應(yīng)該是有很大幫助的. 閱讀材料《相對(duì)折射率和絕對(duì)折射率》可以開(kāi)闊學(xué)生的視野.對(duì)折射定律有更完善的認(rèn)識(shí).學(xué)生情況較好的學(xué)??梢灾笇?dǎo)學(xué)生閱讀,做一些小練習(xí). ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識(shí)目標(biāo) 1.知道反射定律的確切含義,并能用來(lái)解釋有關(guān)現(xiàn)象. 2.知道反射現(xiàn)象中光路是可逆的,并能用來(lái)處理有關(guān)問(wèn)題. 3.知道平面鏡成像特點(diǎn)及作圖方法. 4.理解折射定律的確切含義,并能用來(lái)解釋有關(guān)的光現(xiàn)象和計(jì)算有關(guān)的問(wèn)題. 5.知道折射光路是可逆的,并能用來(lái)處理有關(guān)的問(wèn)題. 6.知道折射率的定義及其與光速的關(guān)系,并能用來(lái)進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算. 二、能力目標(biāo) 1.會(huì)用反射定律解釋有關(guān)現(xiàn)象和處理有關(guān)問(wèn)題. 2.會(huì)用折射定律計(jì)算有關(guān)的問(wèn)題,能理解折射率與光速的關(guān)系,并能用來(lái)進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算. 三、德育目標(biāo) 1.通過(guò)觀察演示實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生的觀察、概括能力,通過(guò)相關(guān)物理量變化規(guī)律的教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生分析、推理能力. 2.滲透物理研究和學(xué)習(xí)的科學(xué)態(tài)度教育. ●教學(xué)重點(diǎn) 光的折射定律.折射率概念. ●教學(xué)難點(diǎn) 光的折射定律和折射率的應(yīng)用. ●教學(xué)方法 本節(jié)課成功的關(guān)鍵在于做好實(shí)驗(yàn).通過(guò)實(shí)驗(yàn)先定性觀察再定量測(cè)量,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸納.再來(lái)領(lǐng)略前人所做的思考從而領(lǐng)會(huì)數(shù)據(jù)分析的幾種常用方法——比值法、乘積法、加減法、圖象法等,為學(xué)生今后對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理打開(kāi)思路.最后通過(guò)例題練習(xí)鞏固所學(xué)內(nèi)容. ●教學(xué)用具 帶角度的刻度盤(pán).激光發(fā)生器、半圓柱透明玻璃磚. ●課時(shí)安排 1 課時(shí) ● 教學(xué)過(guò)程 一、引入新課 我們已經(jīng)知道了,光在同一均勻介質(zhì)中是沿著直線(xiàn)傳播的,那么,當(dāng)介質(zhì)不均勻或當(dāng)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)中時(shí),會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢? [學(xué)生]反射,折射 [教師]對(duì),這一節(jié)課,我們先簡(jiǎn)要地復(fù)習(xí)光的反射,再深入地研究光的折射現(xiàn)象. 二、新課教學(xué) (一)光的反射現(xiàn)象反射定律 1.介紹光學(xué)演示儀,指明觀察對(duì)象——光在從一種介質(zhì)(空氣)進(jìn)入另一種介質(zhì)(玻璃)時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象(半圓柱玻璃磚直面柱心正對(duì)入射光) 2.演示:光在到達(dá)空氣和玻璃的交界面處時(shí),一部分光被反射回空氣中,另一部分光進(jìn)入玻璃繼續(xù)傳播,但傳播方向發(fā)生了改變. 3.學(xué)生邊觀察邊回憶反射定律:轉(zhuǎn)動(dòng)光具盤(pán)以改變?nèi)肷浣?,讓前排學(xué)生讀出幾組入射角和反射角數(shù)據(jù).兩者相等.同時(shí)提醒學(xué)生注意.光具盤(pán)面是豎直的,在這個(gè)面上同時(shí)能看到反射光線(xiàn)和入射光線(xiàn).說(shuō)明兩線(xiàn)共面,又因?yàn)榉ň€(xiàn)也在這個(gè)面內(nèi).故三線(xiàn)共面. 4.歸納反射定律:三線(xiàn)共面兩角相等. 5.反射光路可逆 (二)平面鏡成像及作圖 1.讓學(xué)生回憶平面鏡成像的特點(diǎn):正立、等大、異側(cè)、虛像、對(duì)稱(chēng). 2.教師簡(jiǎn)述平面鏡成像原理、作圖方法并予以示范. a.平面鏡成像原理:如圖19—9,光點(diǎn)S入射到平面鏡的光線(xiàn),其反射光線(xiàn)的反向延長(zhǎng)線(xiàn)的交點(diǎn)即為S的像,人眼根據(jù)光沿直線(xiàn)傳播的經(jīng)驗(yàn),感覺(jué)反射光都是從S′發(fā)出的. b.平面鏡成像作圖. 圖19—9 [教師邊講述邊示范如圖19—10] 圖19—10 講:兩條光線(xiàn)即可確定像點(diǎn)的位置.所以無(wú)需多畫(huà).步驟是:(1)由對(duì)稱(chēng)性確定像點(diǎn)的位置;(2)任意畫(huà)兩條入射光線(xiàn);(3)過(guò)像點(diǎn)作出對(duì)應(yīng)的兩條反射光線(xiàn);(4)若是作物體AB的成像光路圖,則只需作出A、B點(diǎn)的成像光路圖.連接A、B點(diǎn)即可. (三)光的折射折射定律 1.實(shí)驗(yàn)觀察變?yōu)榭凑凵涔夂腿肷涔獾南鄬?duì)位置及折射角和入射角關(guān)系的觀察: a.讓學(xué)生觀察折射光.入射光及界面的法線(xiàn)也是共面的. b.光從空氣進(jìn)入玻璃時(shí),入射角增大.折射角也增大,但入射角始終大于折射角. 2.定量測(cè)量5組數(shù)據(jù),仿照課本列出原始數(shù)據(jù)表(可讓前排的學(xué)生讀取數(shù)據(jù).但要先明確法線(xiàn)) 3.分析測(cè)量數(shù)據(jù):(建議入射角分別取10,20,30,40,50) [教師][故意自言自語(yǔ)地]入射角增大,折射角也增大,兩者的差是不是定值呢?(有學(xué)生開(kāi)始計(jì)算) [學(xué)生甲]不是,差值是越來(lái)越大的. [師]是不是有規(guī)律地增大,比如入射角增大10,折射角一定增大某一個(gè)數(shù)值? [生]不是,前兩組差不多,后兩組又不同了. [師]那么,會(huì)不會(huì)兩角的比值不變呢,大家算算看.(學(xué)生計(jì)算,有學(xué)生算了兩組數(shù)據(jù)說(shuō)好像是相等的) [師]能不能從兩組數(shù)據(jù)下結(jié)論? [生]不能. [師]對(duì),那樣太輕率了點(diǎn).把5組數(shù)據(jù)都算出來(lái)看看. [學(xué)生繼續(xù)計(jì)算.發(fā)現(xiàn)比值也是不相等的] [師]看來(lái)我們碰到麻煩了,如果讓你來(lái)猜的話(huà),你還能猜想它們之間可能是什么關(guān)系? [生沉默] [師]其實(shí)不是你們不夠聰明,實(shí)在是因?yàn)槿肷浣呛驼凵浣侵g的關(guān)系太出乎人意料了.人類(lèi)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)歷了近1500年的時(shí)間[有學(xué)生驚嘆]. [教師抓住機(jī)會(huì)教育]科學(xué)研究是一件很艱苦的工作,需要有持之以恒的毅力和必勝的信念.有時(shí)需要幾代人的努力.我們要學(xué)好物理也需要這樣一種恒心和解決困難的勇氣.希望大家不畏難,不怕苦,勇于探索,在科學(xué)學(xué)習(xí)之路上能走得很遠(yuǎn)很遠(yuǎn). [教師繼續(xù)]實(shí)際上在公元1400年,托勒密也曾經(jīng)認(rèn)為,入射角與折射角存在著簡(jiǎn)單的正比關(guān)系,但只有對(duì)比較小的入射角才大致相符,就像我們剛剛在計(jì)算中發(fā)現(xiàn)的那樣.直到1621年,才由斯涅耳找到了這個(gè)關(guān)系.這個(gè)謎終于被解開(kāi)了,謎底是——入射角的正弦和折射角的正弦成正比. 即=常數(shù).請(qǐng)大家看課本的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析. [學(xué)生看書(shū)30秒] 4.師生一起歸納總結(jié)折射定律的內(nèi)容. 5.折射現(xiàn)象中光路可逆——直接給出即可,學(xué)生能領(lǐng)會(huì). (四)折射率n 1.折射率的定義 [教師]剛才我們已經(jīng)知道了.光從空氣進(jìn)入玻璃時(shí),入射角的正弦與折射角的正弦成正比.比值約為1.50.進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn).若光從空氣進(jìn)入另一種介質(zhì).比如進(jìn)入水中時(shí),盡管入射角的正弦與折射角的正弦之比仍為常數(shù).但這個(gè)常數(shù)卻不是1.50.而是約1.33,可見(jiàn)這個(gè)常數(shù)跟介質(zhì)有關(guān)系.它反映了介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì).我們?cè)O(shè)想光從空氣進(jìn)入玻璃和光從空氣進(jìn)入水中的入射角都是30,則有: 空氣→玻璃:=1.50 空氣→水:=1.33 顯然θ2′>θ2,我們畫(huà)出光路圖如圖19—11甲、乙.可以看到,光從空氣進(jìn)入玻璃時(shí).折射光偏離原來(lái)的傳播方向更厲害.也就是說(shuō),這個(gè)比值的大小能反映介質(zhì)對(duì)光的偏折程度,比值越大.表明介質(zhì)對(duì)光的偏折作用越大.我們把這個(gè)比值叫做折射率,用n表示.定義折射率n=. 圖19—11 2.對(duì)折射率的幾點(diǎn)說(shuō)明 a.引導(dǎo)學(xué)生看課本加點(diǎn)字對(duì)折射率定義的敘述,強(qiáng)調(diào):光從真空進(jìn)入介質(zhì),若光從介質(zhì)進(jìn)入真空.則入射角正弦與折射角正弦之比= b.光從空氣進(jìn)入介質(zhì)近似于光從真空進(jìn)入介質(zhì) c.介質(zhì)對(duì)真空的折射率也叫絕對(duì)折射率,簡(jiǎn)稱(chēng)折射率.若光從水中進(jìn)入玻璃中,則入射角正弦與折射角正弦之比叫玻璃對(duì)水的折射率.也叫相對(duì)折射率.若水為介質(zhì)Ⅰ,玻璃為介質(zhì)Ⅱ,則寫(xiě)作n21= 3.折射率的決定因素 a.光折射的原因是:光在不同介質(zhì)中的速度不同. [做課本后的“做一做”小實(shí)驗(yàn),幫助學(xué)生理解這一點(diǎn)] b.折射率n的決定式:n= c.n>1 d.仿照n=可寫(xiě)出相對(duì)折射率n21=== (五)課堂鞏固訓(xùn)練 1.指導(dǎo)學(xué)生看課本例題,注意提示學(xué)生:①當(dāng)桶內(nèi)放油時(shí),人眼在A處看到的是C點(diǎn)的像成在B點(diǎn).②C點(diǎn)成像的原理是:由C點(diǎn)入射到油面的光線(xiàn)折射后進(jìn)入空氣是發(fā)散的.但它們的反向延長(zhǎng)線(xiàn)交于一點(diǎn),這一點(diǎn)就是C點(diǎn)的像.像為虛像.③C點(diǎn)入射光的折射光反向延長(zhǎng)必過(guò)C點(diǎn)的像.④人眼在A處能看到C點(diǎn)像.說(shuō)明有折射光線(xiàn)到達(dá)人眼.根據(jù)光線(xiàn)直線(xiàn)傳播的經(jīng)驗(yàn),人眼感覺(jué)光是從像點(diǎn)即B點(diǎn)沿直線(xiàn)傳播過(guò)來(lái)的.這樣就確定了進(jìn)入人眼的折射光OA在界面上的出射點(diǎn)O,進(jìn)而再畫(huà)出入射光CO,即完成光路圖.再利用幾何知識(shí)即可求解. 2.如圖19—12,有一長(zhǎng)方形容器,高30 cm,寬為40 cm,在容器的底部平放著一把長(zhǎng)40 cm的刻度尺,眼睛在OA延長(zhǎng)線(xiàn)上的E點(diǎn)觀察,視線(xiàn)沿著EA斜向下看,恰能看到尺的左端零刻度. 現(xiàn)保持眼睛的位置不變,向容器內(nèi)倒入某種液體且滿(mǎn)至容器口,這時(shí)眼睛仍沿EA方向觀察,恰能看到尺上20 cm的刻度,則此種液體的折射率為多大? 圖19—12 (1)引導(dǎo)學(xué)生依題意畫(huà)出幾何光路圖. (2)學(xué)生自己求出折射率n==1.44 三、小結(jié) 1.光的反射定律和折射定律是幾何光學(xué)的兩大基本規(guī)律(另外一個(gè)是光的直線(xiàn)傳播規(guī)律).是研究幾何光學(xué)的重要法寶.在應(yīng)用時(shí)一定要注意作圖,突出幾何的特點(diǎn). 2.反射成像和折射成像的原理分別是:平面鏡成像是反射光線(xiàn)反向延長(zhǎng)線(xiàn)的交點(diǎn).折射成像是同一光點(diǎn)的折射光線(xiàn)或其反向延長(zhǎng)線(xiàn)的交點(diǎn).為該光點(diǎn)的像.應(yīng)在明確成像原理的基礎(chǔ)上正確畫(huà)出光路圖再行求解. 3.折射率是幾何光學(xué)中非常重要的基本概念之一.它反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì),每一種介質(zhì)在一定條件下有一個(gè)確切的折射率,不同種類(lèi)的介質(zhì)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. 4.通常所說(shuō)的介質(zhì)的折射率是指介質(zhì)的絕對(duì)折射率,即光從真空射入某種介質(zhì)的折射率.若光由介質(zhì)1射入介質(zhì)2,這時(shí)的折射率確切地說(shuō)應(yīng)該叫做介質(zhì)2對(duì)介質(zhì)1的相對(duì)折射率.通常用n21來(lái)表示. 四、布置作業(yè) 1.課本(4)、(5)、(6). 2.太陽(yáng)光從與水平面成40角射來(lái),為了反射光能照到豎井的底部,那么在井口安置的平面鏡跟水平方向的夾角為多大?畫(huà)出光路圖. 五、板書(shū)設(shè)計(jì) 折射率n 反映介質(zhì)對(duì)光的偏折作用.n越大,光線(xiàn)偏折越厲害 光的反射 反射定律——三線(xiàn)共面 二角相等 平面鏡成像——對(duì)稱(chēng)、等大、正立、虛像 光的折射 折射定律——三線(xiàn)共面 =常數(shù) 定義n=——光從真空進(jìn)入介質(zhì) (=——光從介質(zhì)進(jìn)入真空) 決定式n= n>1 相對(duì)折射率n21==)n2[]n1[SX]]=[SX()v1[]v2[SX]] 光的折射 六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì) 1.如圖19—13所示是俯視圖,MN是一塊較大的平面鏡,A、B是鏡前站著的人,其中B在平面鏡中點(diǎn)的法線(xiàn)上,已知MN=NE=EA=1 m,當(dāng)B沿垂直鏡面方向走向鏡子時(shí),至少離鏡面________ m,A和B能相互看到對(duì)方在鏡子中的像. 圖19—13 2.光線(xiàn)以入射角i從空氣射向折射率n=的透明介質(zhì)表面.如圖19—14所示,則 圖19—14 A.無(wú)論入射角i是多大,折射角r都不會(huì)超過(guò)45 B.欲使折射角r=30,應(yīng)以i=45的角度入射 C.當(dāng)入射角i=arctan時(shí),反射光線(xiàn)跟折射光線(xiàn)恰好垂直 D.以上說(shuō)法都不正確 3.如圖19—15是一個(gè)截面為等腰直角三角形的透明體,一束光線(xiàn)以60的入射角從AB側(cè)面射入,而從AC側(cè)面射出時(shí),出射光線(xiàn)偏離入射光線(xiàn)30,則在AC側(cè)面發(fā)生光的折射時(shí),折射角等于________,此物質(zhì)的折射率等于________. 圖19—15 4.光線(xiàn)以入射角i從空氣射向折射率n=的透明介質(zhì)表面. (1)當(dāng)入射角i=45時(shí),求反射光線(xiàn)與折射光線(xiàn)間的夾角θ. (2)當(dāng)入射角i為何值時(shí),反射光線(xiàn)與折射光線(xiàn)間的夾角θ=90? 5.光在某介質(zhì)中的傳播速度是2.122108 m/s,當(dāng)光線(xiàn)以30入射角由該介質(zhì)射入空氣時(shí),折射角為多少? 6.光線(xiàn)從空氣射入甲介質(zhì)中時(shí),入射角i=45,折射角r=30,光線(xiàn)從空氣射入乙介質(zhì)中時(shí),入射角i′=60,折射角r′=30,求光在甲、乙兩種介質(zhì)中的傳播速度之比. 7.一束寬度為10 cm的平行光束,以60的入射角從空氣射入折射率為的介質(zhì)中.界面光滑平整,求反射光束和折射光束的寬度. 8.在一個(gè)開(kāi)口的盛有液體的容器內(nèi)豎直插一直尺,從對(duì)面某處觀察,可同時(shí)看到直尺在液體中部分和露出液面部分在液體中的像.發(fā)現(xiàn)直尺在液面下刻度S1與露出液面的刻度S2的像S2′重合,求解液體的折射率. 參考答案:1.0.5 2.ABC 3.60; 4.(1)105(2)i=arctan 5.45 6. / 7.10 cm 17.3 cm 8.簡(jiǎn)答:畫(huà)出光路圖如圖19—16,據(jù)題意作出刻度S1、S2及S1、S2的像S1′、S2′的光路示意圖.根據(jù)幾何關(guān)系和光的折射定律,可得n= 圖19—16- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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