1. 光的折射定律第二课时教学实录

第四章

光的折射

一、光的折射定律

教学目标

1、通过观察实验，了解光的反射和折射现象，并能规范作光路图。

2、通过对实验数据的分析，探究折射角与入射角的关系并归纳折射定律。

3、通过比较光从空气射入不同介质（玻璃和空气）时，入射角的正弦与折射角的正弦比值的不同来引出折射率的概念和理解其物理意义，并能用来解释光现象和计算有关的问题。

4、知道折射率与光速的关系，并能用来进行计算。

5、知道在光的反射和折射现象中光路是可逆的，建立光路是可逆的的观点并能用此处理有关的问题。

重点难点

重点：折射定律的得出过程以及对光的折射率的理解

难点：折射率的理解，折射定律与光路可逆原理的综合运用

设计思想 本节课是光学的第一小节，首先由生活中的反射和折射现象回顾初中所学知识——反射定律和折射现象，接着通过探究实验研究光的折射现象中折射角与入射角的关系，并总结出光的折射定律。折射定律是研究几何光学的重要法宝，是全章的重点，折射率是掌握折射定律的关键，也是难点。高中阶段只研究在两种介质中并且其中一种介质是空气的两界面间的折射情况及所遵循的规律。

教学资源 《光的折射定律》多媒体课件

教学设计

【课堂引入】

问题：雨后美丽的彩虹，你能解释其形成的原因吗？

为了搞清楚彩虹等各种奇妙美丽的光现象的成因，今天这节课我们一起来研究第四章光的折射的第一节光的折射定律。

【课堂学习】

学习活动一：光的反射和折射现象

问题1：什么是光的反射现象？

当光射到两种介质的界面上时，光的传播方向发生改变，一部分光返回到原来的介质里传播的现象，叫做光的反射。

问题2：什么是光的折射现象？

当光射到两种介质的界面上时，一部分光进入到另一种介质里传播的现象，叫做光的折射。

学习活动二：探究光的折射定律

问题1：什么是入射角和折射角？

问题2：入射角和折射角之间存在怎样的关系？

引导学生在光具盘上找出分界面、法线、入射光线、折射光线、入射角和折射角。先定性观察光从空气斜射入玻璃中时折射角与入射角的关系，改变入射角的大小，观察折射角的变化，定性分析入射角与折射角的大小关系。再定量测量几组入射角与折射角（光从空气射入玻璃），

组织学生分析数据：

入射角10°

20°

30°

40°

50°

60°

70°

80°

1

折射角6.7°

2

13.3°

19.6°

25.2°

30.7°

35.1°

38.6°

40.6°

◆学生猜想可能的函数关系，如成正比﹍﹍﹍，再用Excel计算验证。

◆验证假设——修正猜想﹍﹍﹍，得出初步结论。

◆归纳折射定律

折射定律：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别位于法线的两sin1n12nsin2侧；入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。即 式中12是比例常数。

说明：我们在上一章研究波的折射时已见过这个等式，那时从惠更斯原理得出的推论；而这里是用实验得出的。由此我们可以想到：光可能是一种波。

◆

介绍历史足迹，渗透思想、方法教育

公元140年，希腊天文学家托勒密曾经认为，入射角关系，并且用实验方法求出了从空气射入玻璃时1与折射角2之间存在着简单的正比2=0．671。但是，由此计算出来的折射角，只对比较小的入射角才大致与实验结果相符，当入射角增大时，就不符合了。为了研究折射角与入射角的定量关系，科学家作了多方面的尝试，直到1621年，斯涅耳才终于找到了这个关系。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，经历了一千多年的时间。直到1621年，荷兰数学家斯涅耳才终于找到了入射角与折射角之间的规律：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。 问题3：折射现象中光路可逆吗？

演示光路可逆实验。光从空气斜射入玻璃中的实验已经在前面做过，若让光从玻璃射入空气中，结果会如何？请一位同学用笔在入射光线和折射光线的位置分别做上一个标记。再让入射光线逆着原来折射光线的方向入射，观察现在折射光线的所在的位置是否与原入射光线的方向相同。

学习活动三：建立介质的折射率的概念

问题1：光从空气射入不同介质时入射角的正弦跟折射角的正弦的比值一样吗？

◆创设情景：进一步验证折射定律（光从空气射入水时的情况）

入射角（度）

0 10 20 30 40 50 60 70 80 1折射角（度）

0 2

7°29＇

7°52＇

22°01＇

28°49＇

35°49＇

40°30＇

44°48＇

47°36＇

◆探讨比值常数的含义

光从第1种介质射入第2种介质时，虽然入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数但是对不同的介质来说，这个常数只与两种介质有关。

交代常数n12，n12是不同的。由此可见常数n12与入射角、折射角无关，n12就记为n

在实际应用中，遇到最多的情形是光从空气射入某种介质，或从某种介质射入空气，而空气对光的传播的影响很小，可以当作真空处理。因此，以后我们讨论光从真空射入介质的情形，常数n12就记为n。

对于不同的介质常数n是不同的。光从空气射入玻璃时，常数n=1.5；光从空气射入水时n=1.33。可见常数n与介质有关系。

◆建立折射率的概念

（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，叫做这种介质的绝对折射率,简称折射率，用符号n表示。n=sinθ1/sinθ2 （2）不同介质的折射率

介质

折射率n

金刚石

二氧化碳

玻璃

2.42 1.63 1.5-1.8 水晶

岩盐

酒精

水

1.55 1.55 1.36 1.33 空气

1.00028 （3）意义：是一个反映介质光学特性的物理量。常数n越大，光线从空气射入这种介质时偏折的角度越大。

问题2：折射率与光的传播速度之间存在什么关系？

研究表明，光在不同介质中的速度不同。这也正是光发生折射的原因。某种介质的折射率，n等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比，即cv 由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于1。光从真空射入任何介质时，sinθ1都大于sinθ2，即入射角1大于折射角2。

问题3：当光从介质射入空气时，会怎么样呢？

根据光路可逆，光由玻璃砖射向空气时，即入射角1小于折射角2，并再次实验演示。

并引导学生讨论“当光由玻璃射入空气时sinθ1是否与sinθ2成正比及比例常数是多少？玻璃的折射率是多大？”。从而真正理解折射率和灵活应用光路可逆。

问题4：光在某介质中的传播速度是2.122×10m/s，当光线以30°入射角，由该介质射入空气时，折射角为多少？

解：由介质的折射率与光速的关系得

8

又根据介质折射率的定义式得

r为在空气中光线、法线间的夹角即为所求．i为在介质中光线与法线间的夹角30°．

由(1)、(2)两式解得：

【课堂小结】

问题1：什么是光的折射现象？

问题2：光的折射满足怎样的规律？

问题3：什么是介质的折射率？

【板书设计】

第一节

光的折射定律

一、折射定律

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别位于法线的两侧；入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。

二、折射率

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，叫做这种介质的绝对折射率,简称折射率，用符号n表示。

三、折射率与光速的关系

n

cv

课堂反馈

1．在图2中的虚线表示两种介质的界面及其法线，实线表示一条光线斜射向界面后发生反射与折射的光线，以下正确的说法是(

)

A．bO不可能是入射光线

B．aO可能是入射光线

C．cO可能是入射光线

D．Ob可能是反射光线

2．关于折射率，下述说法中正确的是(

)

A．根据n=sini／sin r可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比

B．根据n=sini／sin r可知，介质的折射率可能为任何正数

C．根据n=c／v可知，介质的折射率与介质中的光速成反比

D．以上说法都不对

3．人看到沉在水杯底的硬币，其实看到的是(

)

A．硬币的实像，其位置比硬币实际所在位置浅

B．硬币的实体，其位置即硬币的实际位置

C．硬币的虚像，但位置比硬币的实际位置浅

D．硬币的虚像，其位置比硬币的实际位置深

4.一束光从某种介质射入空气中时，入射角θ1＝30°，折射角θ2＝60°，折射光路如图所示，则下列说法正确的是(

)

A．此介质折射率为3

3B．此介质折射率为3 C．光在介质中速度比在空气中小

D．光在介质中速度比在空气中大

5.如图所示，一根竖直插入水中的杆AB，在水中部分长1.0 m，露出水面部分长0.3 m，已知4水的折射率为，则当阳光与水平面成37°角时，杆AB在水下的影长为多少？

3

参考答案：

1、ABD

2、D

3、C

4、BC

5、1.15 m

课后测评

1．关于光的折射现象，正确的说法是(

) A．光的传播方向发生改变的现象叫光的折射

B．折射定律是托勒密发现的

C．人观察盛水容器的底部，发现水变浅了

D．若光从空气射入液体中，它的传播速度一定增大

2.如图所示，光在真空和某介质的界面MN上发生偏折，那么(

)

A．光是从真空射入介质

B．介质的折射率是1.73 C．光在介质中传播速度为1.73×108 m/s D．反射光线与折射光线的夹角是90°

3.如图所示为一束光线穿过介质Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ时的光路，则(

)

A．介质Ⅰ的折射率最大

B．介质Ⅱ的折射率最大

C．介质Ⅲ的折射率最大

D．光在介质Ⅱ中传播速度最大

4．单色光在真空中的传播速度为c，波长为λ0，在水中的传播速度是v，波长为λ，水对这种单色光的折射率为n.当这束单色光从空气斜射入水中时，入射角为θ1，折射角为θ2，下列说法中正确的是(

) ccA．v＝，λ＝λ0

nvcC．v＝cn，λ＝λ0

vsinθ2B．λ0＝λn，v＝c

sinθ1λsinθ1D．λ0＝，v＝c

nsinθ25．在水中的潜水员斜向上看岸边的物体时，看到的物体(

) A．比物体所处的实际位置高

B．比物体所处的实际位置低

C．跟物体所处的实际位置一样高

D．以上三种情况都有可能

6．把用相同玻璃制成的厚度为d的正方体a和半径亦为d的半球体b，分别放在报纸上，且让半球的凸面向上．从正上方分别观察a、b中心处报纸上的字，下面的观察记录中正确的是(

) A．a中的字比b中的高

B．b中的字比a中的高

C．一样高

D．a中的字较没有玻璃时高，b中的字和没有玻璃时一样

7.如图所示，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60°.已知光线在玻璃球内经一次反射后，

再次折射回到空气中时与入射光线平行．此玻璃的折射率为(

)

A.2

C.3

8．DVD光盘由塑料保护层和信息记录层组成．如图所示，激光束以入射角θ从空气入射到厚度为d、折射率为n的塑料保护层后，聚焦到信息记录层的光斑宽度为a，才能有效获取信息．在保证a不变的前提下，减小激光束照到塑料保护层的宽度l(l＝a＋2b)，则(

) B．1.5

D．2

A．须满足sinθ＝nb

b2＋d2bB．须满足sinθ＝

nb2＋d2C．在θ和n不变时，须减小d

D．在θ和d不变时，须减小n

9.一半径为R的1/4球体放置在水平桌面上，球体由折射率为3的透明材料制成．现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图所示．已知入射光线与桌面的距离为3R/2，求：

(1)光线射入球体表面的折射角；

(2)光线从球体竖直表面射出时的出射角θ.

参考答案：

1、C

2、BCD

3、CD

4、B

5、A

6、AD

7、

C

8、AC

9、(1)30°

(2)60°