探究光的折射规律

3.4 探究光的折射规律
1．教学目标
◆知识与技能
⑴知道什么是光的折射现象。

⑵知道光的折射的初步规律，并能用该规律分析说明生活中常见的折射现象。

◆过程与方法
⑶经历实验探究光的折射规律的过程，重点培养通过观察和分析，从现象中发现物理规律的能力。

⑷观察生活中因光的折射而发生的现象。

◆情感态度与价值观
⑸在探究光的折射规律的过程中，激发学生的好奇心，培养学生的探索精神，让学生体验科学发现的乐趣。

⑹关注周围生活中的折射现象，乐于用学过的知识研究其中的原因。

2．教材说明
本节主要内容有：认识光的折射现象，探究光的折射规律，运用光的折射规律分析生活中的折射现象。

光的折射是学生学了光的反射后，接触到的又一重要的光学现象，这种现象在生活中普通存在，学生可能注意过一些由光的折射产生的现象，却不能理解其中的原因，因此学生对研究光的折射怀有较强的求知愿望。

光的折射规律不仅能解释生活中的有关现象，同时又是理解透镜作用的基础。

本节的编写思路是：通过教材图3-37所示的实验，首先让学生认识光的折射现象；然后让学生做“活动1”中的实验，学生在实验中发现一些奇妙（而又不能明确解释）的现象，并急于想知道其中的原因，从而激发学生进一步探究光的折射规律的欲望；“活动2”让学生通过实验，探究光的折射规律；最后运用光的折射规律，解释生活中的折射现象。

本节教材与传统教材的最大区别，就是让学生通过科学探究的方式学习光的折射规律。

传统教材比较重视科学知识，而本教材增设了两个学生活动，“活动1”激发学生产生探究光的折射规律的兴趣，“活动2”让学生经历探究光的折射规律的过程，这些都给学生进行开放性的自主探究学习提供了广阔的空间。

本节教学重点：光的折射规律是几何光学的基本规律，是解释生活中折射现象的主要依据，另外光的折射规律的探究过程，能够很好地培养学生科学探究的能力，所以光的折射规律及其探究过程是本节教学的重点。

本节教学难点：分析解释生活中的一些折射现象，既涉及到光的折射规律，又与人的视觉习惯有关，学生不容易理解，是本节教学的难点。

3．教学建议
本节可按照学生的认识规律，由浅入深进行教学，首先让学生认识光的折射现
象，然后探究光的折射规律，最后解释生活中的折射现象。

其中探究光的折射规律是本节教学的重点，组织学生做好实验，为学生自主探究提供充足的时间和实验条件，是本节教学的关键。

光的折射
可以开门见山，直接演示教材图3-37所示的实验，让学生通过观察，发现光的折射现象，总结出光的折射的定义。

也可以设置一些情境，引起学生的兴趣。

例如：让激光笔发出的光照在大屏幕上（或远处的墙壁上），大家看到一个光点，教师问学生：激光笔发出的光是沿怎样的路线到达银幕（或墙壁）的？——光沿直线传播。

把盛水的玻璃杯或玻璃砖在光路上挡一下，光点发出了位移，让学生猜想“为什么？”然后用教材图3-37所示的实验检验学生的猜想。

对于教材图3-37所示的实验，可以用玻璃水槽、激光
笔、光屏来做，将光屏竖直插入水槽中，一半浸入水中，一
半在空气中，使激光笔发出的光掠射在光屏上。

为使掠射效
果明显，可用改制的激光笔作光源，改制方法参见本章“课
程资源”之“1.激光笔的改制”。

还可以改用大烧瓶做此实
验，如图3.4-1所示，为了显示光路，可以在水中滴入少许
牛奶，在上部（空气中）放一支点燃的香，形成一些烟雾。

活动1 观察光的折射现象
“活动1”的主要目的是设疑激趣，通过两个实验让学
生意识到，由于光的折射，在实际中会看到一些奇妙的现象，而这些现象仅凭现有的知识不能完全解释，必须进一步研究光的折射规律。

这两个实验，做起来并不复杂，可完全放给学生，让他们尽情地观察、体验。

实验后让学生说说“可能的原因”，主要是引起学生思考，让他们提出自己的猜想。

其实要准确解释他们观察到的现象，既要用到光的折射规律，又涉及到人的视觉习惯，此时学生给出圆满的解释几乎是不可能的。

在学生的猜想中，可能会出现一些错误的说法，教师（或其他学生）要及时给予纠正，如：
生：铅笔发生了折射。

师：“铅笔”能折射吗？
生：人的“光眼（或视线）”发生折射。

师：人眼会发光吗？
对于学生提出的正确猜想，教师也要步步追问，引起他们深思，如：
生：来自物体的光在水面处折射，然后进入眼中。

师：那么光向哪个方向偏折？这样、还是这样（可以用两根木棍帮助说明）？为什么水中的物体看起来似乎变浅了、而不是变深？
图
3.4-1
……
面对学生的种种推测和疑惑，教师最后用一句话总结和过渡：看来要正确解释大家看到的这些奇妙的现象，必须弄清光折射的规律。

探究光的折射规律
“活动2”的目的是让学生通过实验，探究光的折射规律，即探究“三线”、“两角”的关系，重点研究折射角与入射角的关系及条件。

除教材图3-39(a)所示的器材外，教师和学生可因地制宜创造性地自制器材，如上文图3.4-1所示的器材和下面的器材，实验效果也比较好，可供参考。

如图3.4-2(a)所示，取一块直径约20cm 的胶木板圆盘做面板，面板上沿圆周标上角度，再用透明有机玻璃与面板粘合成半圆形水槽。

光源固定在连杆的一端，连杆的另一端用螺栓固定在面板背面的中心位置，要求连杆可以绕螺栓转动。

整个装置安装在铁架台上。

将玻璃水槽换成半圆玻璃砖粘在面板上，还可用来探究光在“空气—玻璃”界面上发生折射的规律，如图3.4-2 (b)所示。

(a) (b)
图3.4-2
实验前，要让学生明确实验观察的目的：探究光从一种介
质进入另一种介质时如何偏折，具体来说要注意以下4点：⑴
是否也像光的反射那样，折射光线跟入射光线、法线在同一平
面内？⑵当光从空气斜射到水或玻璃表面时，是像图3.4-3所
示OB 那样偏折？还是像OC 那样偏折？（为便于描述，引入
“入射角”和“折射角”）⑶当入射角增大或减小时，折射角
如何变化？⑷折射光路可逆吗？可将上述实验目的归纳成简
要的文字，用多媒体投出，并让学生观看1分钟。

学生明确了实验目的，则把“主动权”完全放给学生，一定要给学生留有足够的活动时间，让他们在实验中观察、发现、交流，进行开放式地探索。

活动后，全班集中交流，学生汇报自己的发现，教师适时点评、引导。

学生亲图
3.4-3
身经历了实验探究的过程，大都能发现光折射的初步规律；个别学生有一些不准确甚至错误的结论，可引导学生讨论，最终对光的折射规律获得正确的认识；有的学生的发现可能超出了初中物理范畴，如发现了全反射现象，教师应给予表扬和鼓励。

最后总结，得到光折射的规律：
光折射时，折射光线、入射光线、法线在同一平面内；折射光线和入射光线分别位于法线两侧。

光从空气斜射到水或玻璃表面时，折射光线向法线偏折，折射角小于入射角。

当入射角增大时，折射角也增大。

光垂直射到水或玻璃的表面时，光的传播方向不改变。

在光的折射现象中，光路也是可逆的。

为帮助学生理解和巩固光的折射规律，可让学生作一些光路图。

如图3.4-4所示，作出折射光线的大致位置。

图3.4-4
生活中的折射现象
运用光的折射规律解释生活中的折射现象，对于初中学生来说比较困难，教师要引起注意。

由于学生没有学习平面镜成像的原理，对人的视觉习惯并不清楚；加之探究光的折射规律时占用了较多的课堂教学时间，所以对于“铅笔为什么向上弯折”，建议采用教师边画图边点拔、师生双边讨论的方式，让学生把其中的道理弄清楚，学生在理解的基础上举一反三，独立分析其他类似的现象。

如在解释“铅笔为什么向上弯折”时，首先明确：人看到铅笔，是从铅笔射出的光进到了眼睛。

再根据光的折射规律，在黑板上画出从笔端P点射出的两条光线，在水面处发生折射后，进入人的眼睛。

眼睛逆着折射光线看去，觉得折射光线好像是从它们的反向延长线的交点P΄射来的，即铅笔的P点眼睛看起来好像在P΄点（此处要放慢，略作停顿，给学生留有思考理解的时间），并且P΄点比P点浅。

铅笔在水中的其他各点都是如此，所以我们看起来铅笔在水中的部分好像向上折起了。

关于光在不均匀的空气中发生折射的现象，只作为常识性了解，让学生知道这也叫折射即可，对于具体的折射情况、光路图等，均不作要求。

4．教学评价
玻璃 ●课堂测评
1．在探究光的折射规律的实验中，你发现了哪些规律？当时的心情如何？
2．学了光的折射后，请以“光的传播”为题，对前几节学习的有关知识做一个简要的总结。

3．如图3.4-5所示，一束光沿AO 方向由空气射向水面，
经折射后可能照亮水中的 点。

（选填图中的字母）
4．关于光的折射，下列说法错误．．
的是（ ） A.光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一定发
生改变
B.光从水中斜射入空气中时，折射角大于入射角
C.光从空气中斜射入水中，当入射角增大时，折射角
也随着增大，但总小于入射角 D.和光的反射现象一样，折射光路也是可逆的
5．在图3.4-6中，请大致画出入射光线经水面或三棱镜折射后，进入空气的光路图。

图3.4-6
6．如图3.4-7
所示，是我们看到的筷子斜插入水中的情况，其中正确的是（ ）
图3.4-7
7．自选器材设计实验，探究：光从水中斜射入玻璃中时的折射规律。

【参考答案】
1．略。

图3.4-5
2．光在同种均匀介质中沿直线传播；光在同一种不均匀的介质中传播时，会发生折射；光照在两种介质的分界面上，一般会发生反射和折射，反射光线遵循光的反射定律，折射光线遵循光的折射规律。

3．H 4．A 5．如图3.4-8
所示。

6．D
7．以下实验方案可供参考：将玻
璃砖浸没在水中，用激光笔作光源，
用光屏来显示光路。

●“自我评价与作业”指导
1.实验时最好用激光笔作光源，小
商品市场的玩具店一般有售。

2.如斜插在水中的筷子，看起来好像弯折了等。

3.C
4.D
3.5 奇妙的透镜
1．教学目标
◆知识与技能
⑴能识别凸透镜和凹透镜。

⑵认识凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用。

知道什么是焦点和焦距。

◆过程与方法
⑶观察透镜对光的作用，会用光路图表示观察到的现象。

⑷通过实验测量凸透镜的焦距。

◆情感态度与价值观
⑸通过观察透镜对光的作用，体验到透镜的奇妙，产生对物理的兴趣。

2．教材说明
本节主要内容有：认识凸透镜和凹透镜，学习有关透镜的一些名词，观察凸透镜和凹透镜对光的作用，测量凸透镜的焦距。

透镜是利用光的折射制成的改变光路的器件，在生活、生产和技术中都有广泛的应用。

本节主要介绍有关透镜的一些基本概念和透镜对光的作用，为后面学习凸透镜成像及其应用作准备。

本节的编写思路是让学生从感性到理性认识透镜：首先让学生认识透镜的外部特征，然后研究透镜对光的作用，在此基础上引入焦点、焦距等重要概念。

与传统教材图
3.4-8
相比，本教材增设了一些学生活动，如观察透镜对光的作用、测量凸透镜的焦距，学生通过接触实物，亲自操作、观察，对透镜的作用、焦点、焦距等会有真切的体验，把有关知识真正学会弄懂，而不是纸上谈兵、仅记住抽象的名词。

本节教学重点：凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用，是透镜的基本性质，也是引入焦点、焦距的基础；对透镜而言，焦点是一个特殊而重要的点，无论作光路图，还是研究凸透镜成像的规律，都涉及到焦点。

所以透镜对光的作用和焦点、焦距的概念，是本节教学的重点。

本节教学难点：凹透镜的虚焦点是人为引入的，比较抽象，利用凹透镜的虚焦点画光路图，学生容易出错，是本节教学的难点。

3．教学建议
本节没有太难的教学内容，关键是让学生多接触实物，通过观察、实验、探究，学习跟透镜有关的一些最基本的知识。

教材开头是让学生熟悉凸透镜和凹透镜，可以把透镜发给学生，保证每个小组各有一块凸透镜和凹透镜，让学生观察、比较两种透镜的外部特征，说出它们的异、同点。

在学生回答的基础上，小结：⑴透镜的玻璃片是透光的，是利用光的折射制成的光学器件；⑵中间比边缘厚的透镜叫凸透镜，中间比边缘薄的透镜叫凹透镜。

为便于学生理解，教师最好在黑板上画出它们的截面图。

然后结合截面图介绍：透镜的中心叫光心，通过光心和球面球心的直线叫透镜的主光轴。

对于光心和主光轴，像教材上那样简单介绍即可，不要扩展。

透镜对光的作用
“活动1”的目的是让学生通过实验观察，认识凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用。

该实验最好用光具盘和配套的条状凸透镜和凹透镜来做，若没有平行光源，可以用胶带将几只激光笔并排绑在一起，使它们射出的几条平行光线掠射在光具盘上，也可以利用太阳光作光源，具体方法参见本章“课程资源”之“2.利用太阳光作平行光源”。

若没有光具盘，也可以用第3节研究“球面镜”时的方法，用纸盒自制暗箱，光源可以用亮度强、聚光性较好的手电筒，或者太阳光、并排绑在一起的几只激光笔。

在实验器材实在缺乏的情况下，还可以用下面的方法进行实验：用手电筒直射到透镜上，光屏放在透镜后并靠近透镜，观察光经过透镜后在光屏上照亮的范围和亮度，使光屏逐渐远离透镜，观察光屏上光照范围和亮度的变化。

会发现：用凸透镜做实验时，随着光屏逐渐远离透镜，光照的范围逐渐变小、亮度变强，最后在光屏上看到一个亮点，说明凸透镜对光有会聚作用；用凹透镜实验时，随着光屏逐渐远离透镜，光照的范围逐渐变大、亮度变暗，说明凹透镜对光有发散作用。

透镜的焦点和焦距
为了介绍透镜的焦点和焦距，让学生把活动1中观察到的光路，用光路图表示出来，画在练习本上。

可以指定两名学生，分别把凸透镜和凹透镜对光作用的光路图画在黑板上。

教师结合学生在黑板上画的光路图，介绍凸透镜的焦点和焦距、凹透镜的虚焦点和焦距。

介绍凹透镜的虚焦点时要慢一些，用彩笔画出延长线（虚线），并让学生补画在自己的练习本上。

“活动2”的目的是测量凸透镜的焦距，让学生加深对凸透镜焦点和焦距的认识，培养学生的动手能力和学习兴趣。

在活动2中，若没有现成的平行光源，应尽可能找带有聚光功能的手电筒，使手电筒发出的光尽可能是平行光。

还可以把学生带到室外（因这是本节课的最后一个教学环节），用太阳光找凸透镜的焦点，或者把“活动2”作为一项课外作业，把凸透镜发给学生，让学生在课下完成。

要注意向学生强调：千万不要透过凸透镜观察太阳，以免损伤眼睛。

在测量凸透镜的焦距时，由于用刻度尺不便于直接测
量焦点到透镜中心的距离，可借助圆规来测量焦距。

具体
方法是：先把圆规的金属笔尖放在焦点上，再把圆规的另
一只脚接触到凸透镜的中心，如图3.5-1所示，然后用尺
子测量这两点间的距离，这个长度就是凸透镜的焦距。

关于“影响测量准确度的主要因素有哪些？”答案是开放的，要让学生结合实验感受讨论回答。

如入射光线不一定正好平行于凸透镜的主光轴，焦点不一定找准，光心不一定找准，透镜有一定的厚度等。

结合《信息游览》之“冰透镜向日取火”，可对学生进行爱国主义教育；并启发学生思考，用其他物品是否也能取火？例如，用装满水的玻璃瓶也能会聚太阳光来点火等。

图3.5-1。