《光的折射》示范课教学设计【物理鲁科版高中选择性必修第一册(新课标)】

第1节光的折射
教学目标
(1)掌握折射定律，能光的折射定律解决相关问题。

(2)掌握介质的折射率的概念。

(3)理解介质的折射率与光速的关系。

教学重难点
教学重点
折射定律、折射率
教学难点
折射定律、折射率
教学准备
多媒体课件
教学过程
新课引入
教师设问：潭清疑水浅，荷动知鱼散。

这是唐代诗人储光羲《钓鱼湾》中的诗句。

为什么潭清疑水浅？这就是我们这节课要解决的问题。

讲授新课
一探究折射角与入射角的关系
教师设问：请大家回顾一下初中所学的光的折射规律。

学生活动：小组内讨论光的折射规律。

教师活动：播放学生初中所学的探究光的折射规律的视频。

学生活动：观看老师播放的视频。

教师活动：口述学生初中所学的折射规律。

教师设问：折射角与入射角有没有定量的关系呢，怎样设计实验来验证？
学生活动：思考老师所提问题，然后小组代表发言。

可能的方案之一：实验时记录下多组光的入射角与折射角，然后分析它们之间的关系。

师生活动：演示折射角与入射角关系的实验，并记录数据。

师生活动：分析折射角与入射角之间的关系。

二 光的折射定律
教师活动：讲解折射定律。

1621年，荷兰数学家斯涅耳在分析了大量实验数据后，找到了两者之间的关系，并把它总结为光的折射定律。

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，即
1
122
sin sin θn θ 式中n 12是比例常数，它与入射角、折射角的大小无关，只与两种介质的性质有关。

三 折射率
教师活动：讲解折射率。

从折射定律可知，光从一种介质射入另一种介质时，入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一常数n 12。

一般说来，对不同的介质来说，这个常数n 12是不同的。

由折射定律可知，常数n 12越大，光线偏折越厉害。

为了表征介质的这种性质，在物理学中引入折射率的概念，并把真空的折射率确定为1，而把光从真空射入某种介质发生折射时，入射角θ1的正弦值与折射角θ2的正弦值之比n ，叫作这种介质的折射率，即
1
2
sin sin θn θ=
折射率与介质的自身性质有关，与入射角大小无关，是一个反映介质的光学性质的物理量。

由于空气的折射率与真空的折射率相差很小，一般情况下，可以把光从空气射入某种介质时入射角的正弦值与折射角的正弦值之比当作是这种介质的折射率。

不同介质的折射率不同，是由光在不同的介质中的传播速度不同引起的，折射率n 与光在此介质中的传播速度v 的关系为
c
n v
=
其中，c 为真空中的光速。

由于真空中光速最大，故所有介质的折射率都大于1，且折射率越大，光在此介质中的传播速率越小。

典题剖析
例1 如图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m 。

距水面4 m 的湖底P 点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为53°(取sin 53°=0.8)。

已知水的折射率为4
3。

(1)求桅杆到P 点的水平距离；
(2)船向左行驶一段距离后停止，调整由P 点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45°时，从水面射出后仍照射在桅杆顶端，求船行驶的距离。

解：(1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x 1，到P 点的水平距离为x 2
；桅杆
高度为h1，P点处水深为h2；激光束在水中与竖直方向的夹角为θ.由几何关系有
x1
h1＝tan 53°①
x2
h2＝tan θ②
由折射定律有
sin 53°＝n sin θ③
设桅杆到P点的水平距离为x，则
x＝x1＋x2④
联立①②③④式并代入题给数据得
x＝7 m⑤
(2)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时，从水面出射的方向与竖直方向夹角为i′，由折射定律有
sin i′＝n sin 45°⑥
设船向左行驶的距离为x′，此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1′，到P点的水平距离为x2′，则
x1′＋x2′＝x′＋x⑦
x1′
h1＝tan i′⑧
x2′
h2＝tan 45°⑨
联立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入题给数据得
x′＝(62－3) m≈5.5 m⑩
课堂小结。