1. 光的折射定律教学设计及教案分析

教学基本信息

课题

授课教师

学科

教材

姜盼

物理

授课班级

年级

光的折射定律

物理3班

高二年级

授课时间

相关领域

2019年4月16日

光学

书名：物理

选修3-4

出版社：教育科学出版社

出版日期：2018年6月

教学设计参与人员

设计者

姓名

姜盼

单位

北京市第五十中学分校

联系方式

18610605658 指导思想与理论依据

《普通高中物理课程标准（2017版）》提出了四个方面的教学建议:基于物理学科核心素养确定教学的目标和内容;在教学设计和教学实施过程中重视情境创设;重视科学探究能力的培养和信息技术的应用;通过问题解决促进物理学科核心素养的达成. 本课以建构主义理论为依据,注重以学生为中心,强调学生对知识的主动探索、主动发现和对所学知识意义的主动建构.课上通过情景设置、独立探究、合作学习等研究性学习,通过各组不同形式的展示,分享交流学习研究成果,促进学生分析问题能力的提高,帮助学生逐步深化认知,获得明确、系统的分析方法.通过分组研讨的形式及环环相扣的教学情境设计,充分调动了学生的自我提高内驱力和认知内驱力,引导学生逐步克服教学中的重点和难点知识.通过教师点评、学生互评等多元化的评价方式,从多个角度真实、客观的反馈学生的学习效果. 教学背景分析

【教学内容】

《光的折射定律》是高中物理-教科版-选修3-4第4章的第一节,光的折射定律是几何光学的三大基本规律之一（另外两个规律是光的直线传播规律和光的反射定律）,它的建立不仅在理论上奠定了几何光学的基础,而且打开了应用光学的大门.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.本节课以学生原有的知识水平(理解光的反射定律、折射规律,掌握光的基本特点及图像)为起点,进行学习和延伸.以“还原规律发现过程”为主线,引导学生经历物理规律发现的过程,不断提升学生的科学思维能力,丰富学生的思维品质.

【学生情况】

从起点水平来看,高二年级的学生具备一定的实验操作技能,有一定的基本活动经验,对物理学的研究方法已有一定的了解,但对研究方法的迁移能力不强;从认知结构中我们发现,通过初中的学习,学生对光的反射定律、折射规律有了初步的了解,学生对折射现象有一定的感性认识,学生对光的折射所遵循的定量关系没有过深入学习;从学习态度中我们可知,在教学活动中学生已经具备了积极参与、相互合作的意识;从学习动机出发,学生在对待熟悉而又具有一定难度的问题时,具有好奇心,有解决实际问题的愿望;从学习风格层面分析,高二的学生喜欢并习惯利用团队合作的方式进行学习,敢于发表自己的看法. 【教学方式】

探究式、讲授式、小组合作式

【教学手段】

1 / 9

1．用课堂检测作为复习引入,引导学生复习光的反射和折射知识,提出新的探究问题. 2．学生经历自主探究的过程,获得物理规律. 3．通过小组学习,让每个参与者的智慧都被集体所共享,协同工作的价值得到体现. 4．用平板电脑中的excel表格功能,高效的记录、分析数据, 体验科学家的理性思维过程. 5．用平板电脑交互平台多角度反馈学生的学习效果,注重学生实际获得.

6．将拓展资料生成“二维码”,便于学生课后随时查看,进行思考讨论. 【技术准备】

教师：激光光学演示仪、视频、光路图、塑料片、二维码、平板电脑交互平台

学生：激光光学演示仪、光路图、塑料片、平板电脑交互平台

教学目标

1．通过实验并分析折射现象,理解折射定律的确切含义,并能用来解释光现象和计算有关的问题. 2．通过实验测定材料的折射率,理解折射率（指绝对折射率）的定义,并理解折射率是反映介质光学性质的物理量. 3．知道折射率与光速、光在介质中传播速度的关系. 4．通过经历折射定律的发现过程,使学生认识到科学上的发现是要经过曲折过程的,培养学生勇于不断探索现象背后的规律的精神.

教学重点、难点

【教学重点】

1．光的折射定律的得出过程.

2．对折射率的理解. 【教学难点】

1．了解光在发生折射时,光路的可逆性.

2．运用折射定律解释有关光的折射现象,分析解决一些简单的实际问题.

板书设计

教学流程示意

复习反射定律与折射规律

课堂检测

知识回顾

自主探究

数据分析

总结提升

提出新的探究问题

探究折射角与入射角的定量关系

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利用Excel图表处理数据

课堂小结引申拓展

教学过程

教师活动

【课堂检测】如图所示,将一个半圆pad答题

学生活动

设计意图

检测学生对光的反射和折射知识的掌握程度.用pad及时反馈作答情况.

过问答的形式,复习规律.

培养学生的科学探究素养,引导学生利用类比思想提出新的问题:折射角与入射角之间有什么定量关系.

让学生经历自主探究的过程,通过科学探究获得物理规律.

形玻璃砖置于空气中,当一束单色

光入射到玻璃砖的圆心O时,下列

情况不可能发生的是（

）

｛技术手段｝推送试题

[问题1]A、B相比有什么不同?为什[追问]C图为什么可以发生?

[追问]D图中,光线穿过介质为什么光路没有发生变化? [追问]A、B、C图中光线经玻璃砖下表面为什么也没发生偏折?

【演示】题目中的几种情况、动态角的变化. ｛技术手段｝摄像投影

[问题2]光从空气斜射入玻璃时,改变入射角,折射角如何变化? [追问]光的折射有哪些特点?

【过渡】想知道折射角和入射角的定量关系吗?下面我们来一起探究.

线应靠近法线,折射角变小. 线应远离法线,折射角变大. 预设:光沿法线垂直入射到两介质的分界面,光路不变. 预设:此时玻璃砖中的光线经圆心o处,与界面的圆弧切线垂直,即为沿法线入射,所以没发生偏折.

预设:入射角增大,折射角增大;入射角减小,折射角减小. 预设:入射光线、折射光线和法线在同一平面内;入射光线与折射光线分居法线两侧;光从空气射入介质中,折射光线靠近法线;光从介质射入空气中,折射光线远离法线.

预设:猜测折射角与入射角的关系,如成正比、二次函数…

预设:多次实验改变入射角,分别读

3 / 9

预设:光从空气射入介质中,折射光结合题目分析,并通预设:光从介质射入空气中,折射光光的反射定律、折射（一）

么A不可能发生? 复习引入

提出问题

一、

光的折射定律

【猜想】大家猜一猜两者会存在什么定量关系?

【实验探究】设计实验,找出折射角与入射角的关系. [问题1]如何设计实验?

教学过程

教师活动

[追问]光的传播路径是什么? [追问]需要记录什么数据? [追问]怎么选取数据?

[追问]还有不同的设计吗? [追问]实验中有哪些需要注意的?

【强调】

1.实验器材要竖直放置或手持,随时关闭电源,避免激光照到他人. 2.以半圆形直径为界面入射,界面与刻度盘90°边重合,从0开始每隔5°读取一次. 记录、画光路图”等工作. 【实验探究】根据小组任务完成实验,将数据记录在Excel表格中,并拟合图像.

｛技术手段｝推送Excel表格

学生活动

出入射角与折射角,并记录. 预设:光从空气射入某种介质. 预设:入射角和折射角. 预设:从0°到90°逐步增大入射角进行测量. 预设:光从某种介质射入空气. 量准确…

活动:分组实验,将数据记录在Excel表中.

预设:利用Excel拟合图像.

设计意图

提高学生探究实验的能力，培养小组合作意识.

学习在实验数据中进行归纳、概括、抽象总结得出规律性结论的方法.

预设:激光的使用安全、读角度时尽

（二）

3.小组分工合作,完成“实验、读数、

实验探究

还原规律

｛技术手段｝课堂投影（四分屏）

[问题2]观察图像,得到什么结论? 预设:折射角与入射角不成正比.

[追问]还有别的发现吗? [追问]除了学过的线性关系、二次函数关系,你还学过关于角度的其他什么关系吗? 【过渡】大家已经打开了思路.其实

预设:也不是二次函数关系. 预设:思考

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数学与物理跨学科整合.利用现代信息技术对数据进行科学的处理,从中体验科学家研究问题的思维方法. 让学生深深感悟到严谨和求实的必要性.

教学过程

教师活动

在历史上科学家们也遇到了类似的困惑.有一个叫斯涅耳的科学家,发表了这样一篇实验论文,看看对我们的探究有没有启发. 【介绍】斯涅耳的研究

｛技术手段｝推送历史资料

开普勒的研究为后来荷兰数学家斯涅耳发现折射定律起到了重要的启示作用---转变探究的思路,不直接寻找折射角与入射角之间的定量关系.1621年,斯涅尔运用与开普勒基本相同的实验方法进行实验,斯涅耳注意到:水中的物体看起来变浅验研究,斯涅耳发现:①观察水中的物体A时,我们看到的是位于实际物体正上方的物体的虚像A';②对于任意光线,OA:OA'等于常数. [追问]由“OA:OA'等于常数”如何找到对应的三角函数?

[追问]怎么修正你的探究过程?

【实验探究】再次分析数据,找出折射角与入射角的关系. 各小组计算入射角、折射角的正弦值.利用Excel拟合图像. [问题3]从图像中发现什么特点?

阅读

学生活动

设计意图

培养学生阅读能力,提取重要信息.

只作为介绍,在这个环节引导学生从实验数据及图中找到边、角的定量关系,将探究性和验证性相结合.

再次利用对数据进行科学的处理,从而找到定量关系.

（二）

了,并试图揭开其中的奥秘.通过实实验探究

还原规律

[问题2]看完资料,你有什么启发? 预设:转变思路找三角函数的关系. 由于斯涅耳的研究预设:分析.

预设:计算入射角、折射角的正弦值,找到它们之间的关系.

活动:利用计算器计算函数值,记录在Excel中,拟合图像. 预设:入射角、折射角的正弦值成正比.

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｛技术手段｝课堂投影（四分屏）

教学过程

教师活动

[追问]每个小组都得到这个结论了吗? 象,入射角的正弦值与折射角的正弦值之比为一常数. [追问]这就是我们探究的两角间的定量关系.在折射规律的基础上,能否总结出光的折射定律?

[小结]这个常数用n表示,表达式为学生活动

预设:都得到了.

预设:折射光线与入射光线、法线处在同一平面内,折射光线与入射光线分居法线两侧;入射角的正弦值与折射角的正弦值之比为一常数. 设计意图

（二）

[小结]不难发现,对于同一折射现实验探究

还原规律

sinin. sinr

预设:组间讨论.

预设:常数大于1时,是空气中角的正弦比上介质中角的正弦;常数小于1时,是介质中角的正弦比上空气中角的正弦. 预设:不相同.

预设:没有单位.

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二、折射率

[问题1]各小组的常数都是多少? [追问]为什么常数有不同?找找原因,小组间可以讨论一下. [引导]从常数值的大小来看,有大于1和小于1之分,这是为什么?

[追问]同一种介质,常数相同么? [引导]各小组都是用入射角的正弦值比上折射角的正弦值,但入射角有在介质中的也有在空气中的,但这个常数反映的都是一个介质.我们规定:光从真空射入介质,此时这个常数叫做这种介质的折射率. [小结]对于同一种介质,折射率相同.对于不同介质,折射率不同.

[小结]空气的折射率近似取1,任何介质的折射率都一定大于1. [问题2]折射率有单位吗?

数之间的关系,得出折射率的物理意义.

预设:利用Excel计算、小组汇报. 通过计算并分析常（三）

数据分析

总结规律

【介绍】不同介质具有不同折射率.

教学过程

教师活动

[问题3]入射角相同时,光从空气分别射入玻璃和水中的偏折程度相同吗?谁大?

【比较】将两不同组的光路图叠放观察特点. [追问]偏折程度和折射率有什么关[小结]折射率反映的是介质对光的[引导]同时也可以再次验证,光路可逆. 三、折射的原因

[问题]为什么光进入不同的介质,折射率就不一样? 【解释原因】研究表明,光在不同介质中的传播速度不同,在真空中传播速度最大.某种介质的折射率也等于光在真空中传播的速度c与光在这种介质中传播速度v之比.可以表示为n学生活动

预设:偏折程度不同.

观察现象:光在玻璃中的偏折程度更明显. 预设:玻璃的折射率大,光从真空射入到该介质时偏折也大.

预设:思考.

预设:总结本节课知识点

设计意图

通过再次实验演示,利用透明片和纸的叠放, 感性的认识折射率是表示介质对光线产生折射程度的物理量.

（三）

系? 数据分析

总结规律

偏折作用,n越大光线偏折越厉害.

c . v[小结]求折射率的方法.

【课堂小结】

1.光的折射定律:在光的折射现象中,折射角随着入射角的变化而变回忆课堂所学，加深识记和理解.

通过总结提升,帮助学生梳理知识脉络,明确重点.

化,而两角的正弦值之比是个常数．

折射率不同.它是一个反应介质光学性质的物理量,折射率由介质本身决定. 3.折射的原因:光在介质中的传播速度不同. 【收获】这节课使我们对折射定律有了一个较完整的了解,从而更深刻的感受到科研工作是一项漫长而又艰巨的工作,只要我们细心,耐心的去发现、总结,才能最终获得真

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（四）

2.折射率的概念:对于不同的介质,总结提升

应用拓展

教学过程

理. 【作业】扫描二维码

1.了解光的折射定律发展历程

2.思考:光能让物体隐形么? 3.完成《名侦探柯南》中的物理实验,思考原因. 附件：

3

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教师活动

学生活动

设计意图

为下节全反射做铺垫.