折射率（光的折射定律）教案

折射率（光的折射定律）一 教學(xué)目標(biāo)1了解介質(zhì)的折射率與光速的關(guān)系；2掌握光的折射定律；3掌握介質(zhì)的折射率的概念。4通過觀察演示實驗，使學(xué)生了解到光在兩種介質(zhì)界面上發(fā)生的現(xiàn)象（反射和折射），觀察反射光線、折射光線隨入射角的變化而變化，培養(yǎng)學(xué)生的觀察、概括能力，通過相關(guān)物理量變化規(guī)律的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生分析、推理能力。5滲透物理研究和學(xué)習(xí)的科學(xué)態(tài)度的教育。實驗的客觀性與人的觀察的主觀性的矛盾應(yīng)如何解決，人的直接觀察與用儀器探測是有差別的，我們應(yīng)用科學(xué)的態(tài)度看待用儀器探測的結(jié)果。6會用折射定律解釋簡單的現(xiàn)象。二 重點難點重點：光的折射定律、折射率。折射率是反映介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量，由介質(zhì)來決定。難點：光的折射定律和折射率的應(yīng)用。通過問題的分析解決加深對折射率概念的理解，學(xué)會解決問題的方法。三 教具1光的折射演示器。附件：接線板、火柴、煙霧發(fā)生器及煙霧源、半圓柱透明玻璃。2直尺，計算器。3運用相關(guān)內(nèi)容的多媒體教學(xué)課件（參看清華同方課件：“光的折射與全反射”）。四教學(xué)過程1引入新課我們在初中已學(xué)過光的折射規(guī)律：折射光線跟入射光線和法線在同一平面內(nèi)；折射光線和入射光線分居在法線的兩側(cè)；當(dāng)光從空氣斜射入水或玻璃中時，折射角小于入射角；當(dāng)光從水或玻璃斜射入空氣中時，折射角大于入射角初中學(xué)的光的折射規(guī)律只是定性地描述了光的折射現(xiàn)象，而我們今天要定量地進(jìn)行研究。2內(nèi)容組織演示：將光的激光演示儀接通電源，暫不打開開關(guān)，將煙霧發(fā)生器點燃置入光的折射演示器中，將半圓柱透明玻璃放入對應(yīng)的位置。打開開關(guān)，將激光管點燃，讓一束激光照在半圓柱透明玻璃的平面上，讓光線垂直于平面過圓心入射（沿法線入射），觀察折射情況：a角度，b明暗程度與入射光線進(jìn)行對比，然后改變?nèi)肷浣沁M(jìn)行記錄，再次觀察能量改變的情況。最后進(jìn)行概括、歸納、小結(jié)。 1在兩種介質(zhì)的分界面上入射光線、反射光線、折射光線的能量分配。（某種玻璃與空氣的界面上）入射角 （入射光線能量為100） 反射光線能量 折射光線能量 0 100 4.7 95.3 30 100 4.9 95.1 60 100 9.8 90.2 80 100 39 61 90 100 100 0我們可以得出結(jié)論：隨入射角的增大，反射光線的能量比例逐漸增加，而折射光線的能量比例逐漸減小。2經(jīng)歷了近1500年才得到完善的定律。 （1）歷史發(fā)展：公元2世紀(jì)古希臘天文學(xué)家托勒密通過實驗得到： A折射光線跟入射光線和法線在同一平面內(nèi)； B折射光線和入射光線分居在法線的兩側(cè)； C折射角正比于入射角。 德國物理學(xué)家開普勒也做了研究。 （2）折射定律：最終在1621年，由荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅耳找到了入射角和折射角之間的關(guān)系。將一組測量數(shù)據(jù)抄寫在黑板上讓學(xué)生進(jìn)行計算（用計算器），光線從空氣射入某種玻璃。入射角i（） 折射角r（） i/r sini/sinr 10 6.7 1.50 1.49 20 13.3 1.50 1.4930 19.6 1.53 1.4940 25.2 1.59 1.5150 30.7 1.63 1.5060 35.1 1.67 1.5170 38.6 1.81 1.5080 40.6 1.97 1.51通過分析表中數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。如果用n來表示這個比例常數(shù)，就有這就是光的折射定律，也叫斯涅耳定律。演示：如果使光線逆著原來的折射光線到界面上，折射光線就逆著原來的入射光線射出，這就是說，在折射現(xiàn)象中光路也是可逆的。（在反射現(xiàn)象中，光路是可逆的） 3折射率n。 光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時，雖然入射角的正弦跟折射角的正弦之比為一常數(shù)n，但是對不同的介質(zhì)來說，這個常數(shù)n是不同的。這個常數(shù)n跟介質(zhì)有關(guān)系，是一個反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量，我們把它叫做介質(zhì)的折射率。（1） 定義式： i是光線在真空中與法線之間的夾角。 r是光線在介質(zhì)中與法線之間的夾角。光從真空射入某種介質(zhì)時的折射率，叫做該種介質(zhì)的絕對折射率，也簡稱為某種介質(zhì)的折射率。相對折射率在高中不作要求。又因為空氣的絕對折射率為1.00028，在近似計算中認(rèn)為空氣和真空相同，故有時光從空氣射入某種介質(zhì)時的折射率當(dāng)作絕對折射率進(jìn)行計算。 （2）折射率的定義式為量度式。折射率無單位，任何介質(zhì)的折射率不能小于1。記住水的折射率為1.33約為，玻璃的折射率一般為1.50可寫做。 4介質(zhì)的折射率與光速的關(guān)系。理論和實驗的研究都證明：某種介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的速度c跟光在這種介質(zhì)中的速度之比。 例1 光在某介質(zhì)中的傳播速度是2.122108m/s，當(dāng)光線以30入射角，由該介質(zhì)射入空氣時，折射角為多少？ 解：由介質(zhì)的折射率與光速的關(guān)系得（1） 又根據(jù)介質(zhì)折射率的定義式得（2） r為在空氣中光線、法線間的夾角即為所求，i為在介質(zhì)中光線與法線間的夾角30。 由（1）、（2）兩式解得：所以r45。 例2 光線從空氣射入甲介質(zhì)中時，入射角i45，折射角r30，光線從空氣中射入乙介質(zhì)中時，入射角i60，折射角r30。求光在甲、乙兩種介質(zhì)中的傳播速度比。 解：設(shè)光在甲介質(zhì)中傳播的速度為，光在乙介質(zhì)中傳播的速度為。 根據(jù)折射率的定義式得： 根據(jù)折射率與光速的關(guān)系得：所以，例3 光線從空氣射入n的介質(zhì)中，反射光線恰垂直于折射光線，則入射角約為多少？ 解：根據(jù)光的反射定律有入射角i跟反射角相等i，根據(jù)題意折射光線與反射光線垂直，即兩光線的夾角為90，則反射角與折射角r互余，即+r90，則i+r90。 又根據(jù)折射率的定義式： 所以 i60 練習(xí)： （1）已知水的折射率是，某種玻璃的折射率是，則光在水中和在這種玻璃中傳播的速度之比是多少？ 98。 （2）光線由空氣射入某種介質(zhì)，折射光線與反射光線恰好垂直，已知入射角是53，則這種介質(zhì)可能是什么？ 水。 （3）一束寬度為10cm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。 10cm，17.3cm。 3課堂小結(jié)1光的折射定律是幾何光學(xué)的三大基本規(guī)律之一。（另外兩個規(guī)律是：光的直線傳播規(guī)律，光的反射定律）是研究幾何光學(xué)的重要法寶。高中階段只研究在兩種介質(zhì)中其中一種是空氣的兩界面間的折射情況及所遵循的規(guī)律。在應(yīng)用時，一定要注意作圖。突出幾何的特點。 2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確切的折射率，不同種類的介質(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