4.1光的折射，教学设计，一、核心素养目标，1.物理观念 (1)借助实验观察以及分析，精准理解光的折射现象，清晰明确折射光线、入射光线、法线、入射角、折射角等基本概念 在光路图里规范标注相关物理量。（2）要掌握光的折射定律，需理解定律的核心内涵，即折射光线与入射光线、法线在同一平面里（共面性），折射光线与入射光线分别处于法线两侧（异侧性），入射角的正弦跟折射角的正弦成正比例关系（定量关系），并且能够运用该定律去解释生活当中的折射实例。（3）要理解折射率的物理意义，要知道折射率是反映介质光学特性的一个物理量，要明确其定义式以及决定因素，能够结合常见介质的折射率数据去分析光的传播规律。2. 科学思维，其一，借助对折射实验数据予以处理以及分析，历经从定性观察朝着定量总结的思维进程，培育归纳推理能力，领会“控制变量法”于探究折射规律之际的运用；其二，能够运用光的折射定律去解决光路作图、角度计算等方面的问题，构建“物理模型”思维，把繁杂的实际情境转变为简洁的物理光路模型；其三，凭借对比光的反射定律与折射定律，培育类比迁移能力，加深对光的传播规律的系统性认知。3.科学探究：（1）参与“探究光的折射规律”实验，能够独立自主完整地完成实验器材的组装以及调试，严格按照规范记录实验数据，深入分析实验误差产生的缘由并且提出旨在改进的建议，以此来提升实验操作及数据处理能力。（2）在探究折射率与介质关系的活动里起步网校，能够设计出简单的实验方案，借助对比不同介质当中的折射现象，归纳总结折射率的特性，进而培养科学探究的严谨性以及创新性。经了解折射现象于生活、科技里的应用，像光纤通信、显微镜、海市蜃楼诸般，方能认识物理学跟生产生活的紧密关联，进而激发对物理学科的学习兴致。于实验探究进程中，要培育实事求是的科学态度，尊重实验数据，乐意与同伴合作交流，一同解决探究中碰到的问题。结合光纤通信等科技成果，去体会物理学对推动社会发展的关键作用，增强科技自信与社会责任感。二、教学重难点，1.教学重点，（1）对于光的折射定律，要理解并应用，涵盖定律的定性结论以及定量关系，能够运用该定律去进行光路分析以及角度计算。（2）明确折射率的物理意义以及其定义式的应用，清楚折射率与光在介质中传播速度的关系。（3）对光的折射现象作出解释并且掌握光路作图规范。2.教学难点，（1）对于光的折射定律里“入射角的正弦与折射角的正弦成正比”这个定量关系，要进行推导且理解，突破“入射角与折射角成正比”的思维误区。（2）对于折射率的物理意义要进行深化理解，要明确折射率乃是介质本身所具有的属性，它和入射角、折射角没有关联。（3）要对复杂情境之下的折射问题展开分析，像是多介质界面的光路计算，以及结合生活实例对折射现象作出解释。三、教学环节（一）情境导入：激发认知冲突1.展示两组生活情境图片与视频：①渔民叉鱼的时候需“叉向鱼的下方”才有可能叉到鱼；②把筷子斜着插入盛有水的玻璃杯中，筷子会“向上弯折”；③雨后的天空会出现彩虹。提出问题链来引导思考，问“为什么渔民不是直接叉向所看到的鱼所处的位置呢”，又问“筷子在水中真的是弯折了的吗”，还问“彩虹的形成跟光的传播存在着怎样的关系呢”，并回顾旧知，引导学生去回忆有关光的直线传播以及反射定律，明确“光在同种均匀介质里是沿直线传播的”，而上面所说的那些现象都是发生在“光从一种介质进入到另一种介质”的这个过程当中，进而引出课题——光的折射。设计这样的意图是，借助生活里大家都熟悉的现象，去制造出那种能够引发认知冲突的状况，以此来激发学生内心的探究欲望，与此同时创造出促使新旧知识产生联系的条件，进而为新知识的学习做好前期的铺垫工作。（二）对于新知探究的第一个部分而言：是关于光的折射现象以及其基本概念。1. 进行演示实验：运用激光笔、透明水槽、白色光屏这些器材，向学生演示，当光从空气以倾斜的角度射向水中时会出现的现象，引导学生去仔细观察：就是激光笔发出来的那条光线，在空气和水的分界面的地方，除了有一部分光线会反射回到空气当中（这部分光线被称作反射光线），另外还有一部分光线会进入到水中，并且改变了原本的传播方向（这部分光线被叫做折射光线）。2. 概念构建：结合光路图，逐个清晰明确以下概念，（1）入射光线：是射向两种介质分界面的光线，要用实线来表示，并且要标上箭头指向界面；（2）折射光线：是从两种介质分界面射入第二种介质的光线，同样用实线来表示且标上箭头指向第二种介质；（3）法线：是过入射点垂直于两种介质分界面的虚线；（4）入射角（i）：是入射光线与法线形成的夹角；（5）折射角（r）：是折射光线与法线形成的夹角。3. 即时反馈：要让学生于练习本之上，去绘制光从水斜着射入空气的光路图，并且标注出各个概念，教师展开巡视予以指导，把标注不规范的问题纠正过来（像是将入射角标成入射光线与界面的夹角这样的情况）。（三）新知探究二：探究光的折射定律1. 提出探究问题：光从一种介质斜着射入另一种介质的时候，折射光线、入射光线跟法线之间，存在着怎样的关系呢？入射角跟折射角之间，有着什么样的定量规律呢？2. 实验设计方面：采用所谓的“控制变量法”，借助设有可旋转量角器以及透明玻璃砖的激光光学实验台来开展实验。具体步骤如下：首先，把玻璃砖放置在实验台的白纸上，画出玻璃砖的边界线以及法线，进而确定入射点；接着，固定激光笔的位置，让入射光线以特定的入射角，好比 10°，射向入射点，于玻璃砖的另一侧确定折射光线的出射点，并且画出折射光线；然后，变换入射角，在依次为 20°、30°、40°、50°、60°的情况下，重复上述所讲的实验，记录每次相应的入射角 i 与折射角 r；最后，将实验获取的数据填入表格，并且计算每次实验里 sini 与 sinr 的比值。3. 针对数据展开处理以及分析：（1）关于定性分析：引领学生去观察光路图，由此得出结论①：折射光线跟入射光线、法线处于同一平面之内（把光屏朝着后方进行折转，就没办法观察到折射光线，以此证明共面性）；得出结论②：折射光线以及入射光线各自位于法线的两侧（呈现出异侧性）。（2）进行定量分析：将学生的实验数据表格予以展示（示例如下），引导学生去计算sini/sinr的比值，发觉其比值基本保持恒定（处于误差范围当中）。涉及到光线相关的实验，有着实验次数，其中一次实验入射角度数为十度，其正弦值是零点一七三六，折射角度数为七度，其正弦值是零点一二一九，二者正弦值之比为一点四二四；又有一次实验入射角度数为二十度，其正弦值是零点三四二零，折射角度数为十三度物理高中必修一4-1 光的折射》（教案），其正弦值是零点二二五零，二者正弦值之比为一点五二零；还有一次实验入射角度数为三十度，其正弦值是零点五零零零，折射角度数为十九度，其正弦值是零点三二五六，二者正弦值之比为一点五三六；再有一次实验入射角度数为四十度，其正弦值是零点六四二八，折射角度数为二十五度，其正弦值是零点四二二六，二者正弦值之比为一点五一二。之后要进行归纳定律，要结合定性与定量结论，去总结光的折射定律也就是斯涅尔定律，其内容为，首先折射光线、入射光线和法线处于同一平面内；其次折射光线和入射光线分别处在法线两侧；最后入射角的正弦与折射角的正弦成正比例关系，也就是sini/sinr=n，这里的n是比例常数，与两种介质的种类有关系。4. 误区辨别分析：借助实验得到的数据来进行对比，从而清晰明确“入射角与折射角成正比”这种说法是错误的情况（就像当入射角从10°增加到20°时，折射角从7°增加到13°，并不是两倍的关系，而是sini/sinr基本保持恒定），进而加强对定律定量关系的精确理解。结合探究实验里“sini/sinr=常数”这种结论，指出该常数体现出光从一种介质进入另一种介质之际的偏折程度，由此对“折射率”进行定义，光从真空射入某种介质的时候，入射角的正弦以及折射角的正弦的比值，被称作这种介质的绝对折射率，简单称呼为折射率，使用符号n来表示，分为以下情况：，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，注意事项：，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，不要复述原句，不要更无论换行。，禁止修改专有名词，以及，，。，，。2.公式跟单位：（1）定义式：n等于sini除以sinr，其中i是光在真空中的入射角，r是光在介质里的折射角；（2）补充公式：依据光速与折射率的关系，给出n等于c除以v，c是光在真空中的传播速度，c等于3乘以10的8次方米每秒，v是光在该介质中的传播速度；（3）单位：折射率属于比值定义的物理量，没有单位。首先，引导学生对n=c/v展开分析，进而得出这样的结论，即折射率倘若越大，那么光在介质里的传播速度就会越小，并且光从真空射入该介质的时候偏折程度越大，比如玻璃的折射率n约等于1.5，水的n约等于1.33，这表明光在水中的传播速度比在玻璃中要大些，而光从空气射入玻璃时的偏折程度相比射入水时更大些。展示关于4.常见介质折射率的表格，明确指出真空的折射率n等于1，空气的折射率近似为1，其他介质的折射率都大于1，以此强化折射率是介质本身属性的认知，该属性与入射角、折射角毫无关系，仅仅是由介质种类以及光的频率决定的。介质，折射率，介质，折射率，真空，其折射率为1，玻璃，其折射率在1.5至1.6之间，空气，其折射率约为1.0003，水晶，其折射率为1.55，水，其折射率为1.33，金刚石，其折射率为2.42。（五）新知应用：解决实际问题。1.解释导入情境：来引导学生运用折射定律去解释“筷子弯折”现象——光从水中斜着射入空气的时候，折射角大于入射角，折射光线是远离法线的，人眼顺着折射光线逆向看去，所看到的是筷子的虚像噢，虚像的位置是要比实际位置偏高些的，所以就感觉筷子“向上弯折”啦。同理解释渔民叉鱼的原理，强化“理论联系实际”的能力。首先，进行光路作图示范，以“光从空气斜射入玻璃，再从玻璃斜射入空气”这种情况为例，来示范光路图的绘制步骤。接着，要画出两种介质的分界面与法线；然后，依据入射点确定入射光线，还要标注入射角；之后，按照折射定律确定第一次折射得出的折射光线物理高中必修一4-1 光的折射》（教案），此折射角要小于入射角；再之后，以第二次入射点作为起点，去确定从玻璃射入空气的折射光线，该折射角要大于入射角，并且最终的出射光线要与初始入射光线保持平行，同时要强调“光路可逆性”在作图当中的应用。句号。3. 示例为角度计算：已知光从约为 1 的空气射入等于 1.33 的水中，入射角是 30°，求折射角 r。解题步骤如下：首先明确已知条件为 n₁ 等于 1，n₂ 等于 1.33，i 等于 30°；接着依据折射定律，当光从空气射入水中时，n₂ 等于 sini 除以 sinr；然后代入数据计算，sinr 等于 sini 除以 n₂ 等于 sin30°除以 1.33 约等于 0.5 除以 1.33 约等于 0.376；最后查三角函数表得出 r 约等于 22°，规范书写解题过程。1. 折射现象是，光从一种介质斜着射入另一种介质的时候，传播方向发生偏偏折的现象，垂直入射时传播方向不变，折射角等于入射角等于零度。 2. 折射定律是，三线共面，两线在异出，sini比sinr等于常数。 3. 折射率，一是定义为光从真空射入介质时，sini比sinr的比值；公式是n等于sini比sinr等于c比v;特性是介质本身的属性，n大于等于一，与光速反过来成比例跟！其一、应用于光路作图，其二、应用于角度计算，其三、可用来解释生活现象，比如叉鱼相关现象，还有筷子弯折这种情形呀，以及彩虹现象等 。四、课堂练习跟答案解析，1.基础概念题，（1）在此关于光的折射现象的说法里头，正确的是，（），A.光从一种介质射进另一种介质时，传播方向肯定改变，B.折射光线跟入射光线必定在同一平面内，C.折射角一定小于入射角，D.在光的折射现象里，光路是不可逆的，（2）光从空气斜着射入玻璃中，已知空气的折射率n₁=1，玻璃的折射率n₂=1.5，要是入射角为60°，那么折射角的正弦值为，（），A.√3/3，B.√3/2，C.√3/4，D.1/2，（3）请画出光从水斜着射入空气时的光路图，并且标注入射光线、折射光线、法线、入射角i和折射角r。做二、能力应用题，四、某同学在做探究光的折射规律实验的时候，把激光笔从空气射进某种透明液体里，测得了实验数据如下表所示。要依据数据算出该清液的折射率，结果保留两位小数，还要剖析实验数据里sini/sinr的比值略有不同的缘由。实验一回的入射角在、二三度，入射角的折射角在十三度。实验二次的入射角在三十度，折射角在十九度左右吧。实验三次的入射角在四十度，折射角在二十五度左右哟。实验四次的入射角在五十度，折射角在三十度呢。五、雨后天空显现的彩虹是光的折射和色散现象相结合而成的一种景象呀。将太阳光由不同频率光构成，不同频率光于水中折射率各异，且频率越高折射率越大，这一情况，结合光的折射定律，来阐释彩虹呈现弧形且外侧为红色、内侧为紫色的缘由。（6）像图中所展示那般，有一束光从空气朝着直角三角形玻璃砖入射，其入射点是O，入射角为i等于45°，玻璃砖直角边AB与BC相互垂直，AB边和空气相接触，BC边和光屏相接触 。画图时，请画出，光在玻璃砖内的，折射光线，以及从BC边射出后的，光线，还要计算，从BC边射出时的，折射角，计算结果要保留一位小数，sin45°约等于0.707，sin60°约等于0.866。3.拓展思考题（7）光从光密介质，也就是折射率大的介质，射入光疏介质，即折射率小的介质时，若入射角逐渐增大，折射角会怎样变化？当入射角增大到某一角度时，可能出现什么特殊现象？这一现象在生活或科技中有哪些应用？五、练习答案跟解析，1.基础概念题答案以及解析，（1）答案为B，解析如下，A选项呈错误状态，光垂直进入两种介质分界面之际传播方向不会改变，B选项是正确的，契合折射定律“三线共面”的结论，C选项有误，光从光疏介质射向光密介质时折射角小于入射角，从光密介质射向光疏介质时折射角大于入射角，D选项不对，光的折射现象里光路是可逆的。（2）答案是：A，解析为：光从空气，即光疏介质，投射进入玻璃，也就是光密介质，在此情形下，依据折射率定义式n等于sini除以sinr，能够得出sinr等于sini除以n，sin60°除以1.5，sin60°为√3/2 ，1.5为3/2 ，所以sinr等于(√3/2)除以1.5，结果是√3/3，因此A选项是正确的。答案是（3），光路图如下（文字描述），其中，①要画出水平的分界面，也就是水与空气的界面，再过界面上的入射点画出竖直的法线，且法线为虚线；②从水下画入射光线，入射光线要是实线同时箭头要指向入射点，并且与法线的夹角为入射角i；③还要从入射点向空气画折射光线，折射光线同样为实线且箭头指向空气，它与法线的夹角为折射角r，同时r＞i，这是因为光从水射入空气时，折射角大于入射角；④最后要标注各光线名称与角度 。这儿是能力应用题答案与相应解析，（4）的答案是，该液体的折射率大概是1.52 ，实验有误差的原因是，其一，激光笔入射角度存在测量误差，也就是量角器读数有误，其二，液体表面有波动，致使分界面不平整，其三，光路标记的时候点迹不准确导致折射光线绘制有偏差。解析：按照折射率定义式n=sini/sinr来进行计算，每次单个实验通过计算其对应角度正弦值之比去逐一得出结果，第一个实验中，sin20°约等于0.3420，sin13°约等于0.2250，n₁约等于0.3420除以0.2250且约等于1.52；到了第二个实验，则是sin30°等于0.5，sin19°约等于0.3256，n₂约等于0.5除以0.3256且约等于1.54；再看第三个实验，sin40°约等于0.6428，sin25°约等于0.4226，n₃约等于0.6428除以0.4226且约等于1.52；最后是第四个实验，sin50°约等于0.7660，sin30°等于0.5，n₄约等于0.7660除以0.5且约等于1.53；最后取平均值，其计算方式是n约等于(1.52加上1.54加上1.52加上1.53)除以4且约等于1.52。答案是、彩虹形成，是太阳光进入空气中小水滴之后，产生折射，产生反射，之后又一次产生折射所导致的结果 。太阳光线射进小水滴之际，于水滴表面产生第一次折射，不同频率的光鉴于折射率不一样而出现色散；频率越低的光，像红光，其折射率越小，折射角越大；频率越高的光，像紫光，其折射率越大，折射角越小，所以不同颜色的光在水滴内部形成各异的传播路径；历经水滴内部反射后，光从水滴射出时发生第二次折射，不同颜色的光进一步分开，最终投射至人的眼中；因为太阳位于观测者的背后，小水滴在天空中构成圆弧状分布，不同颜色的光对应不同的折射角度，红光折射角度最小，在外测出现，紫光折射角度最大，在内侧出现，故而彩虹呈现弧形且颜色从外到内是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。答案是光路图，文字描述如下：首先画出直角三角形玻璃砖，将其直角边 AB 标注为水平方向，BC 标注为竖直方向，直角顶点为 B；接着在 AB 边上确定入射点 O，画出水平向右的入射光线，此光线是从空气射向玻璃砖，再过 O 点画出垂直于 AB 的法线，该法线为竖直虚线，此时入射角 i 等于 45°；然后依据折射定律 n 等于 sini 除以 sinr₁，计算玻璃砖内的折射角 r₁，即 sinr₁ 等于 sini 除以 n，sini 为 sin45°，n 为约 1.5，sin45°除以 1.5 约等于 0.707 除以约 1.5 约等于 0.471，所以 r₁ 约等于 28.1°，画出折射光线，此光线从 O 点指向玻璃砖内部，与法线夹角为 28.1°；之后折射光线到达 BC 边的入射点 O'，过 O'点画出垂直于 BC 的法线，该法线为水平虚线，计算此时的入射角 r₂，因为玻璃砖是直角三角形，AB 与 BC 垂直，所以折射光线与 BC 边的夹角为 90°减去 28.1°等于 61.9°，那么 r₂ 等于 90°减去 61.9°等于 28.1°；再然后光从玻璃砖这种光密介质射入空气这种光疏介质，由于光路可逆，出射角 i₂ 等于 45°，画出从 O'点射出的光线，此光线指向光屏，与法线夹角为 45°；最后从 BC 边射出时的折射角为 45°。答案：①折射角会跟着入射角的变大而变大，并且变大的程度比入射角大；②当入射角变大到某一个角度（临界角 C）的时候，折射角达到 90°，这时折射光线沿着两种介质的分界面传播；要是入射角继续变大，折射光线消失，仅仅存在反射光线，这种现象称作“全反射”；③应用：光纤通信（借助光在光纤内发生全反射，达成光信号的长距离传输）、潜水艇的潜望镜（部分型号借助全反射棱镜改变光路）、露珠上的亮斑（光在露珠内发生全反射）等 。需要解析的是，全反射现象的产生，需要具备两个条件，其一为，光从光密介质射入光疏介质，其二为，入射角大于等于临界角。临界角C与介质折射率存在这样的关系，这一关系为sinC=1/n，该关系是能够由折射定律推导得出的，具体推导过程为，当折射角等于90°时，sini=1/n，此时的入射角就是临界角。学科网（北京）股份有限公司$。