折射率（光的折射定律）教案

折射率（光的折射定律）一 教學(xué)目標(biāo)1了解介質(zhì)的折射率與光速的關(guān)系；2掌握光的折射定律；3掌握介質(zhì)的折射率的概念。4通過(guò)觀(guān)察演示實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解到光在兩種介質(zhì)界面上發(fā)生的現(xiàn)象（反射和折射），觀(guān)察反射光線(xiàn)、折射光線(xiàn)隨入射角的變化而變化，培養(yǎng)學(xué)生的觀(guān)察、概括能力，通過(guò)相關(guān)物理量變化規(guī)律的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生分析、推理能力。5滲透物理研究和學(xué)習(xí)的科學(xué)態(tài)度的教育。實(shí)驗(yàn)的客觀(guān)性與人的觀(guān)察的主觀(guān)性的矛盾應(yīng)如何解決，人的直接觀(guān)察與用儀器探測(cè)是有差別的，我們應(yīng)用科學(xué)的態(tài)度看待用儀器探測(cè)的結(jié)果。6會(huì)用折射定律解釋簡(jiǎn)單的現(xiàn)象。二 重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：光的折射定律、折射率。折射率是反映介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量，由介質(zhì)來(lái)決定。難點(diǎn)：光的折射定律和折射率的應(yīng)用。通過(guò)問(wèn)題的分析解決加深對(duì)折射率概念的理解，學(xué)會(huì)解決問(wèn)題的方法。三 教具1光的折射演示器。附件：接線(xiàn)板、火柴、煙霧發(fā)生器及煙霧源、半圓柱透明玻璃。2直尺，計(jì)算器。3運(yùn)用相關(guān)內(nèi)容的多媒體教學(xué)課件（參看清華同方課件：“光的折射與全反射”）。四教學(xué)過(guò)程1引入新課我們?cè)诔踔幸褜W(xué)過(guò)光的折射規(guī)律：折射光線(xiàn)跟入射光線(xiàn)和法線(xiàn)在同一平面內(nèi)；折射光線(xiàn)和入射光線(xiàn)分居在法線(xiàn)的兩側(cè)；當(dāng)光從空氣斜射入水或玻璃中時(shí)，折射角小于入射角；當(dāng)光從水或玻璃斜射入空氣中時(shí)，折射角大于入射角初中學(xué)的光的折射規(guī)律只是定性地描述了光的折射現(xiàn)象，而我們今天要定量地進(jìn)行研究。2內(nèi)容組織演示：將光的激光演示儀接通電源，暫不打開(kāi)開(kāi)關(guān)，將煙霧發(fā)生器點(diǎn)燃置入光的折射演示器中，將半圓柱透明玻璃放入對(duì)應(yīng)的位置。打開(kāi)開(kāi)關(guān)，將激光管點(diǎn)燃，讓一束激光照在半圓柱透明玻璃的平面上，讓光線(xiàn)垂直于平面過(guò)圓心入射（沿法線(xiàn)入射），觀(guān)察折射情況：a角度，b明暗程度與入射光線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比，然后改變?nèi)肷浣沁M(jìn)行記錄，再次觀(guān)察能量改變的情況。最后進(jìn)行概括、歸納、小結(jié)。 1在兩種介質(zhì)的分界面上入射光線(xiàn)、反射光線(xiàn)、折射光線(xiàn)的能量分配。（某種玻璃與空氣的界面上）入射角 （入射光線(xiàn)能量為100） 反射光線(xiàn)能量 折射光線(xiàn)能量 0 100 4.7 95.3 30 100 4.9 95.1 60 100 9.8 90.2 80 100 39 61 90 100 100 0我們可以得出結(jié)論：隨入射角的增大，反射光線(xiàn)的能量比例逐漸增加，而折射光線(xiàn)的能量比例逐漸減小。2經(jīng)歷了近1500年才得到完善的定律。 （1）歷史發(fā)展：公元2世紀(jì)古希臘天文學(xué)家托勒密通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到： A折射光線(xiàn)跟入射光線(xiàn)和法線(xiàn)在同一平面內(nèi)； B折射光線(xiàn)和入射光線(xiàn)分居在法線(xiàn)的兩側(cè)； C折射角正比于入射角。 德國(guó)物理學(xué)家開(kāi)普勒也做了研究。 （2）折射定律：最終在1621年，由荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅耳找到了入射角和折射角之間的關(guān)系。將一組測(cè)量數(shù)據(jù)抄寫(xiě)在黑板上讓學(xué)生進(jìn)行計(jì)算（用計(jì)算器），光線(xiàn)從空氣射入某種玻璃。入射角i（） 折射角r（） i/r sini/sinr 10 6.7 1.50 1.49 20 13.3 1.50 1.4930 19.6 1.53 1.4940 25.2 1.59 1.5150 30.7 1.63 1.5060 35.1 1.67 1.5170 38.6 1.81 1.5080 40.6 1.97 1.51通過(guò)分析表中數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。如果用n來(lái)表示這個(gè)比例常數(shù)，就有這就是光的折射定律，也叫斯涅耳定律。演示：如果使光線(xiàn)逆著原來(lái)的折射光線(xiàn)到界面上，折射光線(xiàn)就逆著原來(lái)的入射光線(xiàn)射出，這就是說(shuō)，在折射現(xiàn)象中光路也是可逆的。（在反射現(xiàn)象中，光路是可逆的） 3折射率n。 光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時(shí)，雖然入射角的正弦跟折射角的正弦之比為一常數(shù)n，但是對(duì)不同的介質(zhì)來(lái)說(shuō)，這個(gè)常數(shù)n是不同的。這個(gè)常數(shù)n跟介質(zhì)有關(guān)系，是一個(gè)反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量，我們把它叫做介質(zhì)的折射率。（1） 定義式： i是光線(xiàn)在真空中與法線(xiàn)之間的夾角。 r是光線(xiàn)在介質(zhì)中與法線(xiàn)之間的夾角。光從真空射入某種介質(zhì)時(shí)的折射率，叫做該種介質(zhì)的絕對(duì)折射率，也簡(jiǎn)稱(chēng)為某種介質(zhì)的折射率。相對(duì)折射率在高中不作要求。又因?yàn)榭諝獾慕^對(duì)折射率為1.00028，在近似計(jì)算中認(rèn)為空氣和真空相同，故有時(shí)光從空氣射入某種介質(zhì)時(shí)的折射率當(dāng)作絕對(duì)折射率進(jìn)行計(jì)算。 （2）折射率的定義式為量度式。折射率無(wú)單位，任何介質(zhì)的折射率不能小于1。記住水的折射率為1.33約為，玻璃的折射率一般為1.50可寫(xiě)做。 4介質(zhì)的折射率與光速的關(guān)系。理論和實(shí)驗(yàn)的研究都證明：某種介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的速度c跟光在這種介質(zhì)中的速度之比。 例1 光在某介質(zhì)中的傳播速度是2.122108m/s，當(dāng)光線(xiàn)以30入射角，由該介質(zhì)射入空氣時(shí)，折射角為多少？ 解：由介質(zhì)的折射率與光速的關(guān)系得（1） 又根據(jù)介質(zhì)折射率的定義式得（2） r為在空氣中光線(xiàn)、法線(xiàn)間的夾角即為所求，i為在介質(zhì)中光線(xiàn)與法線(xiàn)間的夾角30。 由（1）、（2）兩式解得：所以r45。 例2 光線(xiàn)從空氣射入甲介質(zhì)中時(shí)，入射角i45，折射角r30，光線(xiàn)從空氣中射入乙介質(zhì)中時(shí)，入射角i60，折射角r30。求光在甲、乙兩種介質(zhì)中的傳播速度比。 解：設(shè)光在甲介質(zhì)中傳播的速度為，光在乙介質(zhì)中傳播的速度為。 根據(jù)折射率的定義式得： 根據(jù)折射率與光速的關(guān)系得：所以，例3 光線(xiàn)從空氣射入n的介質(zhì)中，反射光線(xiàn)恰垂直于折射光線(xiàn)，則入射角約為多少？ 解：根據(jù)光的反射定律有入射角i跟反射角相等i，根據(jù)題意折射光線(xiàn)與反射光線(xiàn)垂直，即兩光線(xiàn)的夾角為90，則反射角與折射角r互余，即+r90，則i+r90。 又根據(jù)折射率的定義式： 所以 i60 練習(xí)： （1）已知水的折射率是，某種玻璃的折射率是，則光在水中和在這種玻璃中傳播的速度之比是多少？ 98。 （2）光線(xiàn)由空氣射入某種介質(zhì)，折射光線(xiàn)與反射光線(xiàn)恰好垂直，已知入射角是53，則這種介質(zhì)可能是什么？ 水。 （3）一束寬度為10cm的平行光束，以60的入射角從空氣射入折射率為，的介質(zhì)中，界面光滑平整，求反射光束和折射光束的寬度。 10cm，17.3cm。 3課堂小結(jié)1光的折射定律是幾何光學(xué)的三大基本規(guī)律之一。（另外兩個(gè)規(guī)律是：光的直線(xiàn)傳播規(guī)律，光的反射定律）是研究幾何光學(xué)的重要法寶。高中階段只研究在兩種介質(zhì)中其中一種是空氣的兩界面間的折射情況及所遵循的規(guī)律。在應(yīng)用時(shí)，一定要注意作圖。突出幾何的特點(diǎn)。 2折射率是幾何光學(xué)中非常重要的基本概念之一。它反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)。每一種介質(zhì)在一定條件下有一個(gè)確切的折射率，不同種類(lèi)的介質(zhì)在相同的條件下，一般具有不同的折射率。例如：玻璃的折射率是1.50，水的折射率