本节主要讲光的折射定律和折射率的测定,它们是本章的重点,教学中要充分重视。初中阶段对折射率的认识较为基础,为进一步深入理解全反射,这一概念显得尤为关键。
【物理观念】按照学生的认知规律,设计力求落实新课标的理念。
【科学思维】通过巩固和深化对折射定律的理解,能够运用该定律解释相关光现象并解决相关计算问题。
【科学探究】探究理解折射率的概念,会测定玻璃折射率。
【科学态度与责任】通过实验现象激发学生兴趣,引导他们探究物理现象,从而提升学生的科学素养。
【教学重点】折射定律的应用。折射率的测量。
一、
想一想:
射水鱼在水中能准确射中水面上不远处的小昆虫。水中的鱼看到小昆虫在什么位置?是在昆虫的上方还是下方?
阳光照射水面时,我们能够看到水中的鱼和草,同时也能看到太阳的倒影,这说明:光从空气射到水面时,一部分光射进水中,另一部分光返回到空气中。一般说来,光从第1种介质射到该介质与第2当光遇到两种介质的分界面时,一部分光会返回至第1种介质,这一现象称为反射;另一部分光则会进入第2种介质,这一现象被称为折射。光在反射时遵从反射定律,光在折射时遵从什么规律呢?
定义:
折射光线与法线的夹角θ2称为折射角。
探究点一、
改变入射光线的方向观察实验现象?
结论:
①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。
入射角与折射角有什么关系呢?
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(refractionlaw):
折射光线与入射光线、
光的折射定律的说明:
(1)式中的比例常数与入射角、折射角的大小无关,只与两种介质的性质有关。
(3)光的传播方向:光从一种介质进入另一种介质时,传播方向一般要发生变化。并非一定变化,当光垂直界面入射时,传播方向就不发生变化。
(4)光的传播速度:光从一种介质进入另一种介质时,传播速度必定改变。当光垂直界面入射时,尽管其传播方向不变,仍被视为折射现象,伴随传播速度的变化。
(5)光从一介质入另一介质时,折射角与入射角的大小关系取决于两种介质的折射率。
(6)当光从折射率较小的介质斜射入折射率较大的介质时,入射角大于折射角;反之,当光从折射率较大的介质斜射入折射率较小的介质时,入射角小于折射角。
探究点二、
光从真空射入某种介质发生折射时,入射角的正弦与折射角的正弦之比,叫作这种介质的绝对折射率,简称折射率(refractiveindex),用符号n表示。真空的折射率为1,空气的折射率近似为
1、由光的折射定律,n是个没有单位的常数;
2、对不同介质,n的数值不同。比如,光从真空射入玻璃时,n约为1.50;光从真空射入水中时,n约1.33。可见,n与介质有关系,是反映介质光学性质的物理量。
3、折射率与光速的关系:某种介质的折射率n定义为光在真空中的传播速度c与该介质中光速v的比值,即n=。
4、特点:任何介质的折射率都大于1。
5、折射率反映介质对光的偏折作用,n越大光线偏折越厉害。
6、由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v,因而任何介质的折射率n都大于1。所以,光从真空射入任何介质时,sinθ1都大于sinθ2,即入射角总是大于折射角。下表列出了几种介质的折射率。
7、折射率是衡量材料光学性能的重要指标。根据折射定律,可以测量材料的折射率。
表几种介质的折射率(λ=589.3nmt=20
误区:
误区1:
产生误区的原因在于对折射率定义的不清晰。θ1代表真空(空气)中光线与法线的夹角,未必是入射角;θ2则表示介质中光线与法线的夹角,同样未必是折射角。
误区2:
由于对折射率与密度关系的误解,介质的折射率与密度并非必然相关。即便密度较大,折射率也不一定随之增大。
误区3:误认为折射率n与sinθ1成正比,与sin
其原因是对n=只从数学表达式上理解,不理解折射率n的实质,其大小与入射角、折射角的大小无关。
实验:
如图当光以一定的入射角透过一块两面平行的玻璃砖时,只要找出与入射光线AO相对应的出射光线O′D,就能够画出光从空气射入玻璃后的折射光线OO′,于是就能测量入射角θ1、折射角θ2。根据折射定律,就可以求出玻璃的折射率了。
怎样确定与入射光线AO相对应的折射光线OO′?
实验原理:
实验方法:用插针法研究某一条光线经过平行玻璃砖,测出折射角和入射角。
实验器材:玻璃砖、白纸、大头针若干、铅笔、直尺、量角器。
实验方法:用插针法研究某一条光线经过平行玻璃砖,测出折射角和入射角。
实验步骤:
在直线AO上竖直插大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线让P2挡住P1的像。再在另一侧竖直插上两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3、P2、P1的像,记