光的反射和折射

原载于<人民教育出版社>网站

概述这一章讲述光的传播的基本规律，即光的直进、反射定律、折射定律和全反射．要求学生能够确切地理解这些知识，并能用来解释一些光现象，处理一些简单的几何光学问题．

几何光学问题大体说来有两方面：一是控制或改变光的传播方向，包括改变光束的性质如经过光学元件将发散光束变为会聚光束．二是经过光学元件成像．成像是个难点，务必要求学生有清楚的理解．成像，归根到底，是与改变光束的性质相联系的，这在下一章讲过透镜成像后加以总结．

正确地画出光路图，是解决几何光学问题的重要方法和手段．光路图体现了光的传播和成像的过程，过程清楚，才能作出正确的光路图．因而能不能正确地作出光路图，反映出学生对基本知识的理解和运用的情况．会画光路图是解决几何光学问题的一种基本技能，本书加强了这方面的训练．一般来说，作图可以把情景和过程具体化、形象化，有助于想像和表达问题的物理情景，有助于理解和运用知识解决物理问题．因此，在几何光学的教学中加强光路图的基本训练，对以后学习其他知识会有好处．

解决几何光学问题，除了光的传播的基本规律之外，经常需要从光路图中确定某些几何关系，这就需要用到一些数学知识．把数学知识应用于物理问题之中，学生应用起来要有个过程．高中物理增加了定量的内容，希望从本章开始就注意培养学生运用数学知识表达和处理物理问题的能力．

单元划分本章可分为四个单元：

第一单元第一、二两节，讲述光的直进和光速．

第二单元第三节，讲述光的反射和平面镜成像．

第三单元第四、五两节，讲述光的折射和全反射．

第四单元第六节，讲述棱镜．

具体说明

１.光现象是人的眼睛观察到的，解释光现象往往不能脱离开人眼在什么情况下能看到物体，以及人眼根据什么来判断物体的位置．因此在本章的第一节指出：光能包含在光束之中，光束射入人的眼睛，才引起人的视觉．”又指出：“人眼在观察物体时，是根据刚要射入眼睛那部分光线的方向和光沿直线传播的经验，来判断物体位置的。”人眼看见物体的详细过程以及判断物体位置的详情，比较复杂，虽不作详细考察，知道上述两个基本之点，对于解释像的位置和观察范围之类的问题都是必需的．

２.光路的可逆性是光的传播的规律，在解决几何光学问题中很有用．本章在课文的叙述中、在练习和习题中，都涉及光路的可逆性，在教学中希望引导学生理解和运用．

３.虽然现行大纲不要求讲解相对折射率，只要求讲解绝对折射率，本章教材内容却加以扩展，讲解了相对折射率及其与绝对折射率的关系，作为选学内容小体字印刷．我们以为，这种扩展，对理解折射率这个概念会有好处．对知识的讲解，不宜限定过死．限定过死，不利于学生理解知识，也可能限制钻研的积极性．适当“开放”，不但有利于加深理解，还可以开阔思路．为了不致增加负担，本书不要求做有关相对折射率的题目．

４.利用折射定律求入射角和折射角，或者利用公式ｓｉｎＣ＝１／ｎ求临界角Ｃ，最好知道反三角函数的概念．如认为必要，可简单介绍．不介绍也可以，要求学生使用三角函数表查出所求角的度数．

二、教学要求和教学建议

全章教学要求

１.知道有关光源的概念，知道光的直线传播．

２.知道光速的概念和测定光速的方法．

３.掌握光的反射定律和平面镜成像的规律．

４.掌握光的折射定律和折射率的概念．

５.掌握全反射的规律，理解临界角的概念，知道光导纤维的作用．

６.理解棱镜对光线的作用，知道光的色散．

（一）光的直线传播

教学要求

●知道有关光源的概念．

１.知道什么是光源及其与反光物体的区别．

２.知道光具有能量，以及光能与其他形式能量的相互转化．

３.知道光束射入人眼，才能引起人的视觉．

●知道光的直线传播．

１.知道在同一均匀介质中光沿直线传播，并能用来解释一些光现象．

２.知道光线的概念，并会画出光线．

３.知道人眼根据什么判断物体的位置．

教学建议

本节的“观察与思考”是为了使学生弄清楚，只有光束射入人眼，才能引起视觉，未射入人眼，是看不见光束的．回答这个问题虽然容易，但这是最基本的知识，教学中不能忽视这类看起来容易的最基本的东西．

（二）光的速度

教学要求

●知道光速的概念和测定光速的方法．

１.知道光以有限速度传播，并记住真空中的光速ｃ＝３.００×１０８米／秒．

２.知道测定光速的原理，具体了解迈克耳孙测定光速的方法．

（三）光的反射平面镜

教学要求

●掌握光的反射定律．

１理解反射定律的确切含义，并能用来解释光现象和计算有关的问题．

２知道反射光路是可逆的，并能用来处理有关的问题．

●掌握平面镜成像的规律．

１知道平面镜是怎样成像的，会画成像的光路图，知道像的特点，能够证明物和像是镜面对称的．２理解什么是虚像．

（四）光的折射

教学要求

●掌握光的折射定律．

１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知道折射光路是可逆的，并能用来处理有关的问题．

●掌握折射率的概念．

１知道折射率（指绝对折射率）的定义，以及折射率是反映介质光学性质的物理量．

２知道折射率与光速的关系ｎ＝ｃ／ｖ，并能用来进行计算．

教学建议

练习三第（６）题是为了下一章讲透镜作准备：通过薄透镜光心的光线，传播方向不改变．要求学生自己证明．凡是估计学生能够独立证明的，尽可能要求学生自己证明，以加强培养推导论证的能力．对这类证明，建议教师给予指导．

（五）全反射

教学要求

●掌握全反射的规律．

１知道什么是光疏介质和光密介质，知道什么是全反射现象．

２理解临界角的概念，会根据公式ｓｉｎＣ＝１／ｎ计算临界角查三角函数表．

３能判断是否发生全反射，并能解决有关的问题．

●知道光导纤维的作用．

１知道光导纤维传送光和图像的简单原理．

２知道光导纤维在现代科技中的应用．

教学建议

１初中没有学过全反射，它对学生是一种新现象．建议作好演示实验，使学生清楚地认识全反射现象，知道在什么条件下发生全反射．

２讲过全反射之后，建议小结一下，说明光射到透明介质界面上时，一般来说，同时发生反射和折射，只有发生全反射时没有折射光线．

（六）棱镜

●理解棱镜对光线的作用．

１理解棱镜能使射向棱镜侧面的光线向底面偏折的道理．

２理解全反射棱镜产生全反射的原理，知道全反射棱镜的应用．

●知道光的色散．

１知道光的色散现象．

２知道各种色光在真空中的速度相同，在其他介质中速度不同，因而对同一介质的折射率不同；知道红光的折射率最小，紫光的折射率最大．