4.1光的折射，教學設計，一、核心素養目標，1.物理觀念 (1)借助實驗觀察以及分析，精準理解光的折射現象，清晰明確折射光線、入射光線、法線、入射角、折射角等基本概念 在光路圖里規范標注相關物理量。（2）要掌握光的折射定律，需理解定律的核心內涵，即折射光線與入射光線、法線在同一平面里（共面性），折射光線與入射光線分別處于法線兩側（異側性），入射角的正弦跟折射角的正弦成正比例關系（定量關系），并且能夠運用該定律去解釋生活當中的折射實例。（3）要理解折射率的物理意義，要知道折射率是反映介質光學特性的一個物理量，要明確其定義式以及決定因素，能夠結合常見介質的折射率數據去分析光的傳播規律。2. 科學思維，其一，借助對折射實驗數據予以處理以及分析，歷經從定性觀察朝著定量總結的思維進程，培育歸納推理能力，領會“控制變量法”于探究折射規律之際的運用；其二，能夠運用光的折射定律去解決光路作圖、角度計算等方面的問題，構建“物理模型”思維，把繁雜的實際情境轉變為簡潔的物理光路模型；其三，憑借對比光的反射定律與折射定律，培育類比遷移能力，加深對光的傳播規律的系統性認知。3.科學探究：（1）參與“探究光的折射規律”實驗，能夠獨立自主完整地完成實驗器材的組裝以及調試，嚴格按照規范記錄實驗數據，深入分析實驗誤差產生的緣由并且提出旨在改進的建議，以此來提升實驗操作及數據處理能力。（2）在探究折射率與介質關系的活動里起步網校，能夠設計出簡單的實驗方案，借助對比不同介質當中的折射現象，歸納總結折射率的特性，進而培養科學探究的嚴謹性以及創新性。經了解折射現象于生活、科技里的應用，像光纖通信、顯微鏡、海市蜃樓諸般，方能認識物理學跟生產生活的緊密關聯，進而激發對物理學科的學習興致。于實驗探究進程中，要培育實事求是的科學態度，尊重實驗數據，樂意與同伴合作交流，一同解決探究中碰到的問題。結合光纖通信等科技成果，去體會物理學對推動社會發展的關鍵作用，增強科技自信與社會責任感。二、教學重難點，1.教學重點，（1）對于光的折射定律，要理解并應用，涵蓋定律的定性結論以及定量關系，能夠運用該定律去進行光路分析以及角度計算。（2）明確折射率的物理意義以及其定義式的應用，清楚折射率與光在介質中傳播速度的關系。（3）對光的折射現象作出解釋并且掌握光路作圖規范。2.教學難點，（1）對于光的折射定律里“入射角的正弦與折射角的正弦成正比”這個定量關系，要進行推導且理解，突破“入射角與折射角成正比”的思維誤區。（2）對于折射率的物理意義要進行深化理解，要明確折射率乃是介質本身所具有的屬性，它和入射角、折射角沒有關聯。（3）要對復雜情境之下的折射問題展開分析，像是多介質界面的光路計算，以及結合生活實例對折射現象作出解釋。三、教學環節（一）情境導入：激發認知沖突1.展示兩組生活情境圖片與視頻：①漁民叉魚的時候需“叉向魚的下方”才有可能叉到魚；②把筷子斜著插入盛有水的玻璃杯中，筷子會“向上彎折”；③雨后的天空會出現彩虹。提出問題鏈來引導思考，問“為什么漁民不是直接叉向所看到的魚所處的位置呢”，又問“筷子在水中真的是彎折了的嗎”，還問“彩虹的形成跟光的傳播存在著怎樣的關系呢”，并回顧舊知，引導學生去回憶有關光的直線傳播以及反射定律，明確“光在同種均勻介質里是沿直線傳播的”，而上面所說的那些現象都是發生在“光從一種介質進入到另一種介質”的這個過程當中，進而引出課題——光的折射。設計這樣的意圖是，借助生活里大家都熟悉的現象，去制造出那種能夠引發認知沖突的狀況，以此來激發學生內心的探究欲望，與此同時創造出促使新舊知識產生聯系的條件，進而為新知識的學習做好前期的鋪墊工作。（二）對于新知探究的第一個部分而言：是關于光的折射現象以及其基本概念。1. 進行演示實驗：運用激光筆、透明水槽、白色光屏這些器材，向學生演示，當光從空氣以傾斜的角度射向水中時會出現的現象，引導學生去仔細觀察：就是激光筆發出來的那條光線，在空氣和水的分界面的地方，除了有一部分光線會反射回到空氣當中（這部分光線被稱作反射光線），另外還有一部分光線會進入到水中，并且改變了原本的傳播方向（這部分光線被叫做折射光線）。2. 概念構建：結合光路圖，逐個清晰明確以下概念，（1）入射光線：是射向兩種介質分界面的光線，要用實線來表示，并且要標上箭頭指向界面；（2）折射光線：是從兩種介質分界面射入第二種介質的光線，同樣用實線來表示且標上箭頭指向第二種介質；（3）法線：是過入射點垂直于兩種介質分界面的虛線；（4）入射角（i）：是入射光線與法線形成的夾角；（5）折射角（r）：是折射光線與法線形成的夾角。3. 即時反饋：要讓學生于練習本之上，去繪制光從水斜著射入空氣的光路圖，并且標注出各個概念，教師展開巡視予以指導，把標注不規范的問題糾正過來（像是將入射角標成入射光線與界面的夾角這樣的情況）。（三）新知探究二：探究光的折射定律1. 提出探究問題：光從一種介質斜著射入另一種介質的時候，折射光線、入射光線跟法線之間，存在著怎樣的關系呢？入射角跟折射角之間，有著什么樣的定量規律呢？2. 實驗設計方面：采用所謂的“控制變量法”，借助設有可旋轉量角器以及透明玻璃磚的激光光學實驗臺來開展實驗。具體步驟如下：首先，把玻璃磚放置在實驗臺的白紙上，畫出玻璃磚的邊界線以及法線，進而確定入射點；接著，固定激光筆的位置，讓入射光線以特定的入射角，好比 10°，射向入射點，于玻璃磚的另一側確定折射光線的出射點，并且畫出折射光線；然后，變換入射角，在依次為 20°、30°、40°、50°、60°的情況下，重復上述所講的實驗，記錄每次相應的入射角 i 與折射角 r；最后，將實驗獲取的數據填入表格，并且計算每次實驗里 sini 與 sinr 的比值。3. 針對數據展開處理以及分析：（1）關于定性分析：引領學生去觀察光路圖，由此得出結論①：折射光線跟入射光線、法線處于同一平面之內（把光屏朝著后方進行折轉，就沒辦法觀察到折射光線，以此證明共面性）；得出結論②：折射光線以及入射光線各自位于法線的兩側（呈現出異側性）。（2）進行定量分析：將學生的實驗數據表格予以展示（示例如下），引導學生去計算sini/sinr的比值，發覺其比值基本保持恒定（處于誤差范圍當中）。涉及到光線相關的實驗，有著實驗次數，其中一次實驗入射角度數為十度，其正弦值是零點一七三六，折射角度數為七度，其正弦值是零點一二一九，二者正弦值之比為一點四二四；又有一次實驗入射角度數為二十度，其正弦值是零點三四二零，折射角度數為十三度物理高中必修一4-1 光的折射》（教案），其正弦值是零點二二五零，二者正弦值之比為一點五二零；還有一次實驗入射角度數為三十度，其正弦值是零點五零零零，折射角度數為十九度，其正弦值是零點三二五六，二者正弦值之比為一點五三六；再有一次實驗入射角度數為四十度，其正弦值是零點六四二八，折射角度數為二十五度，其正弦值是零點四二二六，二者正弦值之比為一點五一二。之后要進行歸納定律，要結合定性與定量結論，去總結光的折射定律也就是斯涅爾定律，其內容為，首先折射光線、入射光線和法線處于同一平面內；其次折射光線和入射光線分別處在法線兩側；最后入射角的正弦與折射角的正弦成正比例關系，也就是sini/sinr=n，這里的n是比例常數，與兩種介質的種類有關系。4. 誤區辨別分析：借助實驗得到的數據來進行對比，從而清晰明確“入射角與折射角成正比”這種說法是錯誤的情況（就像當入射角從10°增加到20°時，折射角從7°增加到13°，并不是兩倍的關系，而是sini/sinr基本保持恒定），進而加強對定律定量關系的精確理解。結合探究實驗里“sini/sinr=常數”這種結論，指出該常數體現出光從一種介質進入另一種介質之際的偏折程度，由此對“折射率”進行定義，光從真空射入某種介質的時候，入射角的正弦以及折射角的正弦的比值，被稱作這種介質的絕對折射率，簡單稱呼為折射率，使用符號n來表示，分為以下情況：，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，注意事項：，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，，。，不要復述原句，不要更無論換行。，禁止修改專有名詞，以及，，。，，。2.公式跟單位：（1）定義式：n等于sini除以sinr，其中i是光在真空中的入射角，r是光在介質里的折射角；（2）補充公式：依據光速與折射率的關系，給出n等于c除以v，c是光在真空中的傳播速度，c等于3乘以10的8次方米每秒，v是光在該介質中的傳播速度；（3）單位：折射率屬于比值定義的物理量，沒有單位。首先，引導學生對n=c/v展開分析，進而得出這樣的結論，即折射率倘若越大，那么光在介質里的傳播速度就會越小，并且光從真空射入該介質的時候偏折程度越大，比如玻璃的折射率n約等于1.5，水的n約等于1.33，這表明光在水中的傳播速度比在玻璃中要大些，而光從空氣射入玻璃時的偏折程度相比射入水時更大些。展示關于4.常見介質折射率的表格，明確指出真空的折射率n等于1，空氣的折射率近似為1，其他介質的折射率都大于1，以此強化折射率是介質本身屬性的認知，該屬性與入射角、折射角毫無關系，僅僅是由介質種類以及光的頻率決定的。介質，折射率，介質，折射率，真空，其折射率為1，玻璃，其折射率在1.5至1.6之間，空氣，其折射率約為1.0003，水晶，其折射率為1.55，水，其折射率為1.33，金剛石，其折射率為2.42。（五）新知應用：解決實際問題。1.解釋導入情境：來引導學生運用折射定律去解釋“筷子彎折”現象——光從水中斜著射入空氣的時候，折射角大于入射角，折射光線是遠離法線的，人眼順著折射光線逆向看去，所看到的是筷子的虛像噢，虛像的位置是要比實際位置偏高些的，所以就感覺筷子“向上彎折”啦。同理解釋漁民叉魚的原理，強化“理論聯系實際”的能力。首先，進行光路作圖示范，以“光從空氣斜射入玻璃，再從玻璃斜射入空氣”這種情況為例，來示范光路圖的繪制步驟。接著，要畫出兩種介質的分界面與法線；然后，依據入射點確定入射光線，還要標注入射角；之后，按照折射定律確定第一次折射得出的折射光線物理高中必修一4-1 光的折射》（教案），此折射角要小于入射角；再之后，以第二次入射點作為起點，去確定從玻璃射入空氣的折射光線，該折射角要大于入射角，并且最終的出射光線要與初始入射光線保持平行，同時要強調“光路可逆性”在作圖當中的應用。句號。3. 示例為角度計算：已知光從約為 1 的空氣射入等于 1.33 的水中，入射角是 30°，求折射角 r。解題步驟如下：首先明確已知條件為 n? 等于 1，n? 等于 1.33，i 等于 30°；接著依據折射定律，當光從空氣射入水中時，n? 等于 sini 除以 sinr；然后代入數據計算，sinr 等于 sini 除以 n? 等于 sin30°除以 1.33 約等于 0.5 除以 1.33 約等于 0.376；最后查三角函數表得出 r 約等于 22°，規范書寫解題過程。1. 折射現象是，光從一種介質斜著射入另一種介質的時候，傳播方向發生偏偏折的現象，垂直入射時傳播方向不變，折射角等于入射角等于零度。 2. 折射定律是，三線共面，兩線在異出，sini比sinr等于常數。 3. 折射率，一是定義為光從真空射入介質時，sini比sinr的比值；公式是n等于sini比sinr等于c比v;特性是介質本身的屬性，n大于等于一，與光速反過來成比例跟！其一、應用于光路作圖，其二、應用于角度計算，其三、可用來解釋生活現象，比如叉魚相關現象，還有筷子彎折這種情形呀，以及彩虹現象等 。四、課堂練習跟答案解析，1.基礎概念題，（1）在此關于光的折射現象的說法里頭，正確的是，（），A.光從一種介質射進另一種介質時，傳播方向肯定改變，B.折射光線跟入射光線必定在同一平面內，C.折射角一定小于入射角，D.在光的折射現象里，光路是不可逆的，（2）光從空氣斜著射入玻璃中，已知空氣的折射率n?=1，玻璃的折射率n?=1.5，要是入射角為60°，那么折射角的正弦值為，（），A.√3/3，B.√3/2，C.√3/4，D.1/2，（3）請畫出光從水斜著射入空氣時的光路圖，并且標注入射光線、折射光線、法線、入射角i和折射角r。做二、能力應用題，四、某同學在做探究光的折射規律實驗的時候，把激光筆從空氣射進某種透明液體里，測得了實驗數據如下表所示。要依據數據算出該清液的折射率，結果保留兩位小數，還要剖析實驗數據里sini/sinr的比值略有不同的緣由。實驗一回的入射角在、二三度，入射角的折射角在十三度。實驗二次的入射角在三十度，折射角在十九度左右吧。實驗三次的入射角在四十度，折射角在二十五度左右喲。實驗四次的入射角在五十度，折射角在三十度呢。五、雨后天空顯現的彩虹是光的折射和色散現象相結合而成的一種景象呀。將太陽光由不同頻率光構成，不同頻率光于水中折射率各異，且頻率越高折射率越大，這一情況，結合光的折射定律，來闡釋彩虹呈現弧形且外側為紅色、內側為紫色的緣由。（6）像圖中所展示那般，有一束光從空氣朝著直角三角形玻璃磚入射，其入射點是O，入射角為i等于45°，玻璃磚直角邊AB與BC相互垂直，AB邊和空氣相接觸，BC邊和光屏相接觸 。畫圖時，請畫出，光在玻璃磚內的，折射光線，以及從BC邊射出后的，光線，還要計算，從BC邊射出時的，折射角，計算結果要保留一位小數，sin45°約等于0.707，sin60°約等于0.866。3.拓展思考題（7）光從光密介質，也就是折射率大的介質，射入光疏介質，即折射率小的介質時，若入射角逐漸增大，折射角會怎樣變化？當入射角增大到某一角度時，可能出現什么特殊現象？這一現象在生活或科技中有哪些應用？五、練習答案跟解析，1.基礎概念題答案以及解析，（1）答案為B，解析如下，A選項呈錯誤狀態，光垂直進入兩種介質分界面之際傳播方向不會改變，B選項是正確的，契合折射定律“三線共面”的結論，C選項有誤，光從光疏介質射向光密介質時折射角小于入射角，從光密介質射向光疏介質時折射角大于入射角，D選項不對，光的折射現象里光路是可逆的。（2）答案是：A，解析為：光從空氣，即光疏介質，投射進入玻璃，也就是光密介質，在此情形下，依據折射率定義式n等于sini除以sinr，能夠得出sinr等于sini除以n，sin60°除以1.5，sin60°為√3/2 ，1.5為3/2 ，所以sinr等于(√3/2)除以1.5，結果是√3/3，因此A選項是正確的。答案是（3），光路圖如下（文字描述），其中，①要畫出水平的分界面，也就是水與空氣的界面，再過界面上的入射點畫出豎直的法線，且法線為虛線；②從水下畫入射光線，入射光線要是實線同時箭頭要指向入射點，并且與法線的夾角為入射角i；③還要從入射點向空氣畫折射光線，折射光線同樣為實線且箭頭指向空氣，它與法線的夾角為折射角r，同時r＞i，這是因為光從水射入空氣時，折射角大于入射角；④最后要標注各光線名稱與角度 。這兒是能力應用題答案與相應解析，（4）的答案是，該液體的折射率大概是1.52 ，實驗有誤差的原因是，其一，激光筆入射角度存在測量誤差，也就是量角器讀數有誤，其二，液體表面有波動，致使分界面不平整，其三，光路標記的時候點跡不準確導致折射光線繪制有偏差。解析：按照折射率定義式n=sini/sinr來進行計算，每次單個實驗通過計算其對應角度正弦值之比去逐一得出結果，第一個實驗中，sin20°約等于0.3420，sin13°約等于0.2250，n?約等于0.3420除以0.2250且約等于1.52；到了第二個實驗，則是sin30°等于0.5，sin19°約等于0.3256，n?約等于0.5除以0.3256且約等于1.54；再看第三個實驗，sin40°約等于0.6428，sin25°約等于0.4226，n?約等于0.6428除以0.4226且約等于1.52；最后是第四個實驗，sin50°約等于0.7660，sin30°等于0.5，n?約等于0.7660除以0.5且約等于1.53；最后取平均值，其計算方式是n約等于(1.52加上1.54加上1.52加上1.53)除以4且約等于1.52。答案是、彩虹形成，是太陽光進入空氣中小水滴之后，產生折射，產生反射，之后又一次產生折射所導致的結果 。太陽光線射進小水滴之際，于水滴表面產生第一次折射，不同頻率的光鑒于折射率不一樣而出現色散；頻率越低的光，像紅光，其折射率越小，折射角越大；頻率越高的光，像紫光，其折射率越大，折射角越小，所以不同顏色的光在水滴內部形成各異的傳播路徑；歷經水滴內部反射后，光從水滴射出時發生第二次折射，不同顏色的光進一步分開，最終投射至人的眼中；因為太陽位于觀測者的背后，小水滴在天空中構成圓弧狀分布，不同顏色的光對應不同的折射角度，紅光折射角度最小，在外測出現，紫光折射角度最大，在內側出現，故而彩虹呈現弧形且顏色從外到內是紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。答案是光路圖，文字描述如下：首先畫出直角三角形玻璃磚，將其直角邊 AB 標注為水平方向，BC 標注為豎直方向，直角頂點為 B；接著在 AB 邊上確定入射點 O，畫出水平向右的入射光線，此光線是從空氣射向玻璃磚，再過 O 點畫出垂直于 AB 的法線，該法線為豎直虛線，此時入射角 i 等于 45°；然后依據折射定律 n 等于 sini 除以 sinr?，計算玻璃磚內的折射角 r?，即 sinr? 等于 sini 除以 n，sini 為 sin45°，n 為約 1.5，sin45°除以 1.5 約等于 0.707 除以約 1.5 約等于 0.471，所以 r? 約等于 28.1°，畫出折射光線，此光線從 O 點指向玻璃磚內部，與法線夾角為 28.1°；之后折射光線到達 BC 邊的入射點 O'，過 O'點畫出垂直于 BC 的法線，該法線為水平虛線，計算此時的入射角 r?，因為玻璃磚是直角三角形，AB 與 BC 垂直，所以折射光線與 BC 邊的夾角為 90°減去 28.1°等于 61.9°，那么 r? 等于 90°減去 61.9°等于 28.1°；再然后光從玻璃磚這種光密介質射入空氣這種光疏介質，由于光路可逆，出射角 i? 等于 45°，畫出從 O'點射出的光線，此光線指向光屏，與法線夾角為 45°；最后從 BC 邊射出時的折射角為 45°。答案：①折射角會跟著入射角的變大而變大，并且變大的程度比入射角大；②當入射角變大到某一個角度（臨界角 C）的時候，折射角達到 90°，這時折射光線沿著兩種介質的分界面傳播；要是入射角繼續變大，折射光線消失，僅僅存在反射光線，這種現象稱作“全反射”；③應用：光纖通信（借助光在光纖內發生全反射，達成光信號的長距離傳輸）、潛水艇的潛望鏡（部分型號借助全反射棱鏡改變光路）、露珠上的亮斑（光在露珠內發生全反射）等 。需要解析的是，全反射現象的產生，需要具備兩個條件，其一為，光從光密介質射入光疏介質，其二為，入射角大于等于臨界角。臨界角C與介質折射率存在這樣的關系，這一關系為sinC=1/n，該關系是能夠由折射定律推導得出的，具體推導過程為，當折射角等于90°時，sini=1/n，此時的入射角就是臨界角。學科網（北京）股份有限公司$。