陕西省府谷中学 ren_79yxkl@sohu.com
4.5 光 的 折 射（第一课时）
府谷中学 任彦霞
【教学目标】 一．知识与技能：
1．了解科学探究活动过程，培养学生的探究能力； 2．理解折射定律和折射率的确切含义； 二．过程与方法：
1．通过实验观察、认识折射现象，培养学生初步观察的能力；
2．使学生进一步了解科学探究活动过程，培养学生初步的探究能力。 三．情感态度与价值观：
有与他人交流和合作的精神，敢于提出自己不同的见解。 【教学重点】
1.光的折射定律。2. 折射率 【教学难点】
1．光的折射规律的得出；2．用惠更斯原理证明光的折射规律。 【教学方法】
探究法、多媒体法、论证法等 【教学用具】
光具盘、多媒体、烧杯、玻璃砖、刻度尺、激光笔、计算器、大头针等 【教学过程】
一、创设情景、引入新课
【教师】：人们常说眼见为实，难道看见的一定正确吗? 【演示实验】：先让同学们观察筷子，再将筷子斜插入水中后观察，然后拿出观察。
【实验现象】：水中的筷子好像折断了。 【教师提问】：为什么水中的筷子好像折断了，这是什么原因造成的？ 【学生回答】：光的折射 【教师引入】：说的非常正确，这就是我们在初中学过的光的折射现象，这节课我们就更深入的来研究光的折射原理。 二、学习目标完成过程
1、光的折射现象：(多媒体展示光路图并讲解) （概念：光从一种介质进入另一种介质光的传播方向发生改变的现象。说明一下入射角和折射角）
2、提出问题
【教师】：同学们回忆光的反射遵循什么规律（提问回答）那我们现在研究光的折射，谁能提出一些有意义的问题？
3、猜想与假设（只有想不到的，没有做不到的，同学们可大胆猜想与假设） 【学生活动】：猜想折射现象中的规律:入射角与折射角关系。 【教师活动】：用光具盘演示光的折射。
1
陕西省府谷中学 ren_79yxkl@sohu.com
【得出】入射角增大时，折射角增大；入射角减小，折射角减小。
【教师】：折射角和入射角之间到底有什么定量关系呢？我们又怎样才能找到这些物理量呢？
4、理论推导:
【教师】：理论可以指导实践，物理学中很多的定理、定律都是推出来的，如著名的万有引力定律。理论推导是最经济的方法，不妨我们也感受一下。
【学生活动】：假设有一束光从真空进入介质，光在真空和介质中的速度分别为c和v，入射角为i,折射角为r,用惠更斯原理推导折射角与入射角的关系。 （实物投影一位同学的证明过程） 结论及意义：
sinic? sinrv【教师】：对于确定的介质和确定的色光，c/v是一个常数，原来折射角与入射角的关系
sini?常数。这么重要的规律我们几分钟就推出来是入射角的正弦与折射角的正弦成正比即sinr了，可见理论推导是多么重要，同学们一定要学好数学呀！
5、实验探究：
【教师】：实践才是检验真理的唯一标准，那我们还需干什么呢？ 【师生活动】：设计实验方案
（1）实验原理：用插针法确定光路，找出和入射线相应的折射线；用量角器测出入射角i和折射角r；算出入射角的正弦与折射角的正弦之比。
（2）实验器材：玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板（或直尺）、铅笔，计算器。
（3）实验步骤：
①把白纸用图钉钉在木板上。
②在白纸上画一条直线aa?作为界面，画一条线段AO作为入射光线，并过O点画出界面aa?的法线NN?，如图所示。
③把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边跟aa?对齐，并画出玻璃砖的另一个长边bb?。
④在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1和P2。
⑤在玻璃砖的bb?一侧竖直地插上大头针P3，用眼睛观察调整视线，要使P3能同时挡住P1和P2的像。
⑥同样地在玻璃砖的bb?一侧再竖直地插上大头针P4，使P4能挡住P3本身和P1与P2的像。
2
陕西省府谷中学 ren_79yxkl@sohu.com
⑦记下P3和P4的位置，移去玻璃砖和大头针，过P3和P4引直线O?B与bb?交于O?点，连接O与O?，OO?就是玻璃砖内的折射光线的方向，入射角i=∠AON，折射角r=∠O?ON?。
⑧用量角器量出入射角i和折射角r的度数。
⑨从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值，记入自己设计的表格里。
⑩用上面的方法分别求出入射角是30°，45°，60°时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，把这些数据记在表格里。算出不同入射角时入射角和折射角的正弦的比值n，比较一下，看它们是否接近一个常数。
（4）注意事项：
①玻璃砖要厚，用手拿玻璃砖时，只能接触玻璃毛面或棱，严禁用玻璃砖当尺子画界面； ②入射角不宜过小，也不宜过大，应在15°到75°之间；
③入射光线、出射光线确定的准确性，要求入射侧、出射侧所插两枚大头针间距宜大点；④玻璃砖的折射面要画准； ⑤大头针要插得竖直；
⑥由于要多次改变入射角重复实验，所以入射光线与出射光线要一一对应编号，以免混乱。
（5）数据记录及处理方法： sini sinr 入射角i(°) 折射角r(°) sini/sinr 30 0.50 45 0.71 60 0.87 【学生活动】：分组测量、处理数据、展示结果（实物投影） 实验结论：在误差应许的范围内入射角的正弦与折射角的正弦之比确实是一常数
6、得出结论（上面我们经过提出问题、猜想与假设、理论推导、实验验证，真是千辛万苦得出这么重要的规律，不总结一下那太遗憾了吧，赶快把我们的成果写出来，让大家分享呀。我看可把它当做一个定律，谁来给它起一个名呢？）（引导学生总结）
光的折射定律：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别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，这就是光的折射定律，也叫斯涅耳定律。
sini?n（n是一个常数） sinr【教师活动】：简单介绍人们对光的折射的认识过程。这个问题，在很长的时间里一直使人们感到困惑。公元140年，希腊天文学家托勒密得出实验结果后，只是从数据的表面简单寻找比例关系，只得出：折射角与入射角成正比（事实上，只在小角度情况下成立）。1611年开普勒对折射现象和透镜的原理作了广泛的研究，指出：只在小角度情况下，入射角与折射角成正比。但是他未能得出更一般的、内在的规律。最终在1621年，由荷兰数学家斯涅耳
sini?n， 由此我们可以看到：一个物理定律的得出往找到了入射角和折射角之间的关系sinr往经历一个漫长、曲折的过程,需要坚韧的创新精神，做前人没有做过的事。在前辈先哲的探索过程中一定有许多尝试、失败、再尝试。这就是发现过程，其中充满着创新思维的火花。
7、继续探究：
【教师】：同学们，我们今天的探究是取得了较大的成绩，但是我们探究的脚步还不能停下来，入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数n，它与谁有关，有意义吗？（可类比密度，电场强度等概念的得出） 【多媒体演示】：用同频率的光，在入射角不变时，改变介质（n），发现折射光线发生变化，说明光从一种介质射入另一种介质时，虽然入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数
3
陕西省府谷中学 ren_79yxkl@sohu.com
n，但是对不同的介质来说，这个常数n是不同的。这个常数n跟介质有关系，是一个反映介质的光学性质的物理量，我们把它叫做介质的折射率。
（1） 折射率：把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，即：
n?sinic?sinrv（必须从空气进入介质）
多媒体向学生展示不同介质的折射率： 介质 金刚石 二氧化碳 玻璃 水晶 岩盐 酒精 n 2.42 1.63 1.5-1.8 1.55 1.55 1.36 水 空气 1.33 1.00028 【问题1】：猜测为什么同种色光进入不同的介质，折射率就不一样呢？ （——光在不同介质中的速度不同，这正是发生折射的原因。）
【结论】：n是比例常数，它是反映介质的光学性质的物理量。对于确定的介质和确定的
sinisini色光，无论i、r怎么变化, 是不变的。对于不同介质的值是不同的。
sinrsinrc【教师】：介质的折射率n与光在其中传播速度有关，n?。可见，n>1，且n没有单位，
v光从空气进入介质时，介质的折射率越大，表示介质对光的偏折情况越厉害。 【问题2】：是不是所有入射角的正弦与折射角的正弦之比都大于1 多媒体展示---光路可逆
sini1? 当光线由介质射入真空时，
sinrn【结论】：并不是所有入射角的正弦与折射角的正弦之比都大于1。
【过度引入】：同一种介质，对不同频率的色光折射率是不同的，折射率是随光的频率的增大而增大的。在可见光中，对红光的折射率最小而对紫光的折射率最大。
(2)光的色散：当一束白光射入介质时，由于各种色光的折射角不同，各种色光就分开了，这种现象叫光的色散。（牛顿首次观察到三棱镜把太阳光分成连续分布的七色光。）
【针对性训练】：假设地球表面不存在大气层,那么人们观察到的日出时刻与存在大气层的情况相比,（ B ）
A. 将提前 B.将延后C.在某些地区将提前,在另一些地区将延后 D.不变 【方法指导】：学习了光的折射定律以后，我们就可以解释生活中的一些现象，也就可以解释斜插入水中的筷子好像折断了的现象。（折射也能成像） 【教师提问】：今天我们一直研究的是光斜入两种介质的分界面的情况，那么当光垂直射入两介质的分界面时，折射光线是怎样的？
（学生可用玻璃砖和激光笔做实验观察，可发现光的传播方向没有变化。） 【教师强调】：虽然这种情况光的传播方向没有变化，但折射现象依然存在，因为速度发生了变化，它是折射的特殊情况，此时入射角和折射角都为零。 三、课堂小结
1、科学研究方法 ： 提出问题猜想与假设 理论推导 实验验证 得出结论；类比法、比值定义法、控制变量法等。
2、知识点
4
陕西省府谷中学 ren_79yxkl@sohu.com
(1)光的折射定律：
sini?n(常数) sinrsinic?（真空进入介质） (2)折射率：n?sinrv(3)光的色散 四、作业：
1、查阅有关资料了解物理学家发现折射定律的过程，总结他们的智慧点。 2、课本P93（3）、（4）
5