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视频标签：光的折射定律
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视频课题：高中物理鲁科版选修3-4第四章第一节4.1光的折射定律-福建省 - 厦门
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4.1光的折射定律
教学目标：
1.知识与技能
（1）了解介质的折射率与光速的关系； （2）掌握光的折射定律 （3）掌握介质的折射率的概念 （4）会用折射定律解释简单的现象 2.过程与方法：
通过观察演示实验，使学生了解到光在两种介质界面上发生的现象（反射和折射），观察反射光线、折射光线随入射角的变化而变化，培养学生的观察、概括能力，通过相关物理量变化规律的学习，培养学生分析、推理能力
3.情感态度价值观：
渗透物理研究和学习的科学态度的教育．实验的客观性与人的观察的主观性的矛盾应如何解决，人的直接观察与用仪器探测是有差别的，我们应用科学的态度看待用仪器探测的结果.
教学重点：
光的折射定律、折射率．折射率是反映介质光学性质的物理量，由介质来决定
教学难点：
光的折射定律和折射率的应用．通过问题的分析解决加深对折射率概念的理解，学会解决问题的方法
教学器材:
光的折射激光演示器．
教法学法：
问题导学/实验演示／讨论／探究/讲授
教学过程设计：
教学内容
教师语言、活动
一、引入：生活中光的折射现象
折射现象：光从一种介质斜射入到另一介质时传播方向发生改变的现象。
【问题1】生活中有哪些现象是光的折射现象？
生活中的折射现象： 现象一：筷子弯折
【问题2】筷子是真的折断了吗？
现象二：硬币“浮”起来了（实验）
【问题3】硬币是真的浮起来了吗？
衔接：学完这节课，我们就能很好地利用光的折射原理，对这两个现象进行解释。
板书：4.1光的折射定律
初中我们学过，当光从一种介质斜射入到另一介质时传播方向发生改变，这种现象叫做光的折射。 生活中有哪些现象是光的折射现象？
比如，在碗里斜放一根筷子，当加入水后，会看到筷子发生了向上弯折。
筷子是真的折断了吗？
不是，这只是一种光的折射现象。
再比如我们做个实验，在杯子里放入两个硬币，将杯子移动到眼睛刚好看不到硬币的地方，往杯子里加水，会发现硬币“浮”起来了。
硬币是真的浮起来了吗？ 不是，硬币密度比水大得多并不会真的浮起来，这也只是一种光的折射现象。
学完这节课，我们就能很好地利用光的折射原理，对这两个现象进行解释。
二、演示实验（光的反射与折射）
在正式进入新课之前我们先来做一个实验。 我让一束绿色激光从空气斜射入水中。（实验） 但是现在存在一个问题，只能看到水中的光路，而几乎看不到空气中的光路。要怎么做才能看到空气中的光路？
实验仪器介绍：加湿器产生水雾，产生丁达尔效应用来显示空气中的光路。
【问题4】当光束由空气斜射向水面时，入射光束在分界面上将发生那些光现象？ 发生反射与折射。
【问题5】为什么反射光线、折射光线看起来都比入射光线 暗？（提示：从能量守恒角度思考） 能量守恒。
入射光线的总能量分成两份，一份给反射光，一份给折射光。
我可以通过加湿器产生水雾，产生丁达尔效应，用来显示空气中的光路。（这个时候再打开加湿器）
大家注意观察，入射光束在分界面上将发生那些光现象？
当入射光线射到分界面时，被分成了两束： 一束反射回空气形成反射光线。 一束折射进水中形成折射光线。
ppt上这幅图（左图）就是刚才看到的实验现象。 比较一下，反射光线和折射光线与入射光线的光强大小、明暗程度？亮度有何不同？ 反射光线、折射光线比入射光线 暗。
为什么反射光线、折射光线看起来都比入射光线 暗？（提示：从能量守恒角度思考） （提问学生，个别提问）
入射光线的总能量分成两份，一份给反射光，一份给折射光。
三、光的反射
衔接：以这个图为例来研究光的反射和折射。
光的反射定律：
（1）反射光线与入射光线、法线在同一平面 （2）反射光线和入射光线分居法线两侧
我们以这个图为例来研究光的反射和折射。 在分析之前先做出两条线：空气与水的分界线，垂直于分界线的法线。（法线用虚线表示，记得标出垂直符号）
左上角这条光线是入射光线，右上角这条光线是反射光线，以及所对应的入射角、反射角。从刚才的演示实验以及这幅图，我们能很清楚地看出： （1）反射光线与入射光线、法线在同一平面 （2）反射光线和入射光线分居法线两侧 （3）反射角等于入射角
（3）反射角等于入射角 （4）光路可逆
演示： 光线从右侧以40°角入射，反射光线将从左侧以40°角出射。 光线从左侧以40°角入射，反射光线将从右侧以40°角出射。 这说明光的反射光路是可逆的。
四、光的折射
（1）折射光线、入射光线、法线在同一平面内 （2）折射光线和入射光线分居法线两侧
【问题6】仔细观察，入射角减小时，折射角是如何变化的？入射角增大时。折射角又是如何变化的？ （3）当入射角增大时，折射角也随着增大
当入射角减小时，折射角也随着减小
【问题7】当光线沿法线入射折射光线有什么特点？ 光线沿法线入射，不会发生偏折。
衔接：再来看看进入水中的这条折射光线。
从刚才的演示实验以及这幅图，我们能很清楚地看出：（讲解这两条定律时展示左图的ppt） （1）折射光线、入射光线、法线在同一平面内 （2）折射光线和入射光线分居法线两侧
（翻到下一页ppt,展示第1、2点）
衔接：以上是折射光线和入射光线的位置关系。 那么折射角和入射角有什么 大小和变化 关系？
（继续来做实验）演示实验：仔细观察，入射角减小时，折射角是如何变化的？入射角增大时。折射角又是如何变化的？同增同减。
现在我让入射光线以一个特殊的角度入射，入射角为0°，也就是光线沿法线入射，仔细观察水中光线有什么特点。（边说边实验） 光线沿法线入射，不会发生偏折。
补充：也就是说，光从一种介质进入另一种介质时，不一定会发生偏折。只有光从一种介质斜射入另一种介质时才会发生偏折。
（翻到下一页ppt）
（4）当光从空气斜射入水中时，折射角小于入射角
（5）当光从水斜射入空气中时，折射角大于入射角
【问题8】从以上两个规律，你能不能总结出折射角与入射角有什么样的大小关系？（提问）
空气的角＞水中的角 （角：光线与法线夹角）
【问题9】光的折射是否有光路可逆？ 光路可逆。
如图，当光从空气斜射入水中时，折射角小于入射角（直接说，不用演示实验）
反过来，让光从水斜射如空气，折射角与入射角有什么大小关系？
演示实验：入射角在水中，折射角在空气中，折射角大于入射角。
从以上两个规律，你能不能总结出折射角与入射角有什么样的大小关系？（提示：可以将角度大小
结合介质来考虑）。 （提问学生，个别提问。） 空气的角＞水中的角。
衔接：一开始我们讲到光的反射光路是可逆的，光的折射是否也有光路可逆？
有的同学说有，到底有没有，我们可以通过一个实验来证明。
演示实验（希沃投屏）：光从空气以50°入射，在玻璃中的折射角为30°。反过来光从玻璃以30°入射，在玻璃中的折射角为50°。 当两束光线同时打开时，光线完全重合。
说明：光路可逆。
入射角
折射角i/r
107.51.33333320151.33333330221.363636
40291.3793150351.42857160401.570451.55555680481.666667五、光的折射定律----实验探究
【问题10】折射角与入射角有什么定量关系？
（提示：定量关系：线性、正比、反比、平方、开方、正弦、余弦等等）
【问题11】如何探究这定量关系？（提问） （提示：如何设计实验？需要测量什么数据？）
（学生回答：利用折射演示仪，测出入射角和与之对应的折射角，并改变入射角，测出多组入射角和折射角） 实验方法：
不断改变入射角，测出对应的折射角。
实验步骤： 1、数据采集。
2、数据处理。
猜想一：入射角与折射角成正比
衔接：前面讨论的只是折射角与入射角的定性关系，它们同增同减，空气中的角大于水中的角。
它们之间有没有定量关系？ 什么是定量关系？线性、正比、反比、平方、开方、正弦、余弦等等。
我们现在的主要工作就是探究出折射角与入射角符合哪一种定量关系。
如果让你来探究这个定量关系，你会设计一个什
么实验？测量什么数据？测量多少数据？ （预留学生思考、设计时间一分钟） （提问学生，个别提问）
衔接：根据这位同学的实验思路，
我们设计这么一个实验，让激光从空气射入水中，测出入射角与折射角，改变入射角度，使入射角为10°、20°、30°、40°…… 然后分别测出所对应的折射角，最后找出它们之间的关系。
进行实验： 1、 数据采集：
（1）
利用希沃手机投频，保证每个学生能看到实验过程。
（2）
邀请一名学生上台记录实验数据。 （3）
改变入射角，测出对应折射角，总共测出8组数据。
衔接：从这两列数据，我们没法直接看出它们有什么的关系，但是，我们可以先猜想，假设它们具有某种定量关系，然后在进行验证。
猜想不成立。
【问题12】入射角与折射角比值大小有什么规律？ 小角度的时候，入射角与折射角比值维持在1.33左右，随着角度增大，比值逐渐增大。
衔接：其实2000千年前，就有人在探究入射角与折射角的关系。 公元140年，希腊天文学家托勒密第一个用实验方法测定入射角和折射角，并得出折射角与入射角成正比，这一简单正比关系，在光学史上维持了一千多年。
【问题13】为什么托勒密的错误结论能够维持一千
2、数据处理。
猜想一：入射角与折射角成正比
比如说，它们同增同减，那我们假设成正比。
所以设计这么一个表格，第一列是入射角，第二列是折射角，第三列是与之对应的入射角根折射角的比值，如果比值相等，则假设成立。
很显然，入射角与折射角比值并不都相等， 所以猜想不成立。
大家再仔细观察，这组比值有什么规律？ 很显然，小角度的时候，入射角与折射角比值维持在1.33左右，随着角度增大，比值逐渐增大，而且递增的很明显。
衔接：其实两千年前，就有人在探究入射角与折射角的关系。
早在公元140年，希腊科学家托勒密第一个用实验方法测定入射角和折射角，并得出折射角与入射角成正比这么一个结论。
我们知道这一结论是错的，但是却在光学史上维持了一千多年。直到1611年开普勒才对这一结论进行修正。
现在我要问大家的是，我们刚才花了几分钟时间通过一个简单的实验，就验证出托勒密给出的结论
入射角折射角
i/r10#DIV/0!20#DIV/0!30#DIV/0!40#DIV/0!50#DIV/0!60#DIV/0!70#DIV/0!80
#DIV/0!入射角
折射角i/r107.51.33333320151.33333330221.36363640291.3793150351.42857160401.570451.55555680
48
1.666667
多年？ 因为受到当时的实验条件的限制，古时候没有激光等强光源，当大角度入射时折射光线非常弱，没法进行测量，所以只能测量小角度的入射。
【问题14】讲到这里，大家有什么感悟或者体会？ 感悟：（1）科学的发展是曲折且艰辛的。一个正确理论的得出，经历了一千多年的探索。
（2）实验条件的进步，科学技术的进步，反过来又促进了科学的发展。
1611年开普勒对折射现象和透镜的原理作了广泛的研究，写成了《折光学》，正确地指出：只在小角度情况下，入射角与折射角成正比。同时通过光的可逆性，从反面倒推得出结论，并通过实验发现了全反射现象。但是他未能得出更一般的、内在的规律。
衔接：既然不是成正比，那我们就进行其他猜想。 猜想二：入射角平方与折射角平方成正比
是错的，但是为什么这个成正比的结论能够维持一
千多年，而没人质疑？ 演示实验：增大入射角，折射光线越来越弱。 我们现在用的是平行性和单色性都很好而且光
强很强的激光进行实验的。
而古代哪有激光，用的自然光进行实验，当大角度入射时折射光线非常弱，没法进行测量，所以只能测量小角度的入射。而刚才我们就已经知道，当小角度入射时，入射角与折射角近似成正比，也就是说在当时的条件下，托勒密的结论是正确的。 讲到这里，大家有什么感悟或者体会。 （提问学生，个别提问）
（1）科学的发展是曲折且艰辛的。一个正确理论的得出，经历了一千多年的探索。（2）实验条件的进步，科学技术的进步，反过来又促进了科学的发展。
回到1611年，开普勒就正确地指出：只在小角度情况下，入射角与折射角成正比。
但是他没有对大角度情况进行解释，没能得出入射角与折射角的本质关系。
衔接：既然不是成正比，那我们就进行其他猜想。
会不会是入射角平方与折射角平方成正比呢?
介绍表格和数据处理方式。
入射角
折射角
i^2r^2i^2/r^2101000#DIV/0!204000#DIV/0!309000#DIV/0!4016000#DIV/0!5025000#DIV/0!6036000#DIV/0!7049000#DIV/0!80
6400
0
#DIV/0!
猜想不成立。
猜想三：入射角开平方与折射角开平方成正比
猜想不成立。
猜想四：入射角正弦值与折射角正弦值成正比
比值不相等。 猜想不成立。
我们继续猜想：
会不会是入射角开平方与折射角开平方成正比？
介绍表格和数据处理方式。
比值不相等。 猜想不成立。
继续猜想：
会不会是入射角开平方与折射角开平方成正比？
介绍表格和数据处理方式。
入射角折射角i^2r^2i^2/r^2107.510056.251.7777820154002251.7777830229004841.8595402916008411.90255035250012252.040826040360016002.257045490020252.41975804864002304
2.77778入射角
折射角
i^0.5r^0.5
i^0.5/r^0.5103.162280#DIV/0!204.472140#DIV/0!305.477230#DIV/0!406.324560#DIV/0!507.071070#DIV/0!607.745970#DIV/0!708.36660#DIV/0!80
8.94427
0
#DIV/0!入射角
折射角i^0.5r^0.5
i^0.5/r^0.5
107.53.162282.738611.154700520154.472143.872981.154700530225.477234.690421.167748440296.324565.385161.174440450357.071075.916081.195228660407.745976.324561.224744970458.36666.70821.247219180488.944276.9282
1.2909944入射角折射角i/r
sini
sinr
sini/sinr10#####0.1740#DIV/0!20#####0.3420#DIV/0!30#####0.50#DIV/0!40#####0.6430#DIV/0!50#####0.7660#DIV/0!60#####0.8660#DIV/0!70#####0.9390#DIV/0!80#####
0.985
0
#DIV/0!
n
r
i
sinsinn
r
i
sinsin
猜想成立。
光的折射定律：入射角与折射角的正弦值之比为一个常数：
1621年，由荷兰数学家斯涅耳采用了与开普勒基本相同的实验方法。从实验测量中抽象出入射角与折射角的余割之比总保持相同值。1637年，法国著名数学家笛卡儿将余割之比换成正弦之比，第一次给出了折射定律的现代表述形式，并沿用至今。 斯涅耳定律： 感悟：
以前科学家花费了一千多年的时间探索出来的光的折射定律，我们仅仅用了十几分钟就探究出来了。这说明我们比古人要聪明吗？
不是的，正如牛顿所说的，我们是站在巨人的肩膀上。
比值稳定在1.33左右。 猜想成立。
入射角与折射角的正弦值之比为一个常数，我们把这个规律叫做光的折射定律。
在1621年，荷兰数学家斯涅耳。
提出入射角与折射角的余割之比总保持相同值。 这就是正弦值比为常数的另一种表述方式。
所以光的折射定律又叫做斯涅耳定律。（板书） 感悟：
以前科学家花费了一千多年的时间探索出来的光的折射定律，我们仅仅用了十几分钟就探究出来了。这说明我们比古人要聪明吗？
不是的，正如牛顿所说的，我们是站在巨人的肩膀上。 六、折射率
衔接：回过头来看我们刚才得到的这个比值，约等于1.33.大家对这个值有没有疑问？为什么它是1.33，而不是其他值。
衔接：回过头来看我们刚才得到的这个比值，约等于1.33.大家对这个值有没有疑问？为什么它是1.33，而不是其他值。
所以，我又测了玻璃对应的比值和食用油对应的比值。
入射角折射角i/rsini
sinrsini/sinr
107.51.33330.1740.131.330420151.33330.3420.2591.321530221.36360.50.3741.334840291.37930.6430.4851.325950351.42860.7660.5731.335760401.50.8660.6431.347570451.55560.9390.7071.329280481.66670.985
0.7431.3255
1、折射率----是光从真空射入某种介质中时的折射率。(光从真空射入某种介质时的折射率，叫做该种介质的绝对折射率，也简称为某种介质的折射率．相对折射率在高中不作要求 )
【问题15】
例题：已知，水的折射率为n，一束单色光从水中斜射入真空，求入射角正弦值与折射角正弦值的比。
折射光路可逆 Sini/sinr=1/n
让光从空气射到玻璃中，得到的入射角与折射角正弦值之比为1.532
让光从空气射到食用油，得到的入射角与折射角正弦值之比为1.474
利用不同的介质进行实验，所得到的比值n是不同的，我们把这个比值叫做这种介质的折射率。 折射率n的定义式：（板书）
关于折射率有几点要强调：刚才测出来的n=1.33，只能说近似等于水的折射率。
（1）刚才实验的时候是让光从空气射到水中，测出来的折射率叫做水与空气的相对折射率。一样的道理。如果让光从玻璃射到水中，测出来的是水相对于玻璃的折射率。
我如果想知道水自身的折射率怎么办？ （2）让光从真空射到水中，得到的折射率就是水的折射率，也叫水的绝对折射率。 我们高中对相对折射率不做要求。
（提问学生个别提问）
由折射光路可逆，得Sini/sinr=1/n
当光从水射入真空时，折射率等于折射角与入射角的正弦比。
常见的介质折射率：
2、折射率无单位，任何介质的折射率皆大于1。 真空本身的折射率 = 1 空气折射率近似等于真空折射率
【问题16】折射率大小与介质密度有什么关系？ 密度大的介质，其折射率不一定大 【问题17】举例说明？ 酒精与水
3、n的大小与介质有关，与i和r无关，对于确定的介质，n是定值，不能说n∝sini或n∝1/sinr
4、物理意义：反映介质的光学性质的物理量。即反映介质对光的偏折作用大小。
折射率越大，对光的偏折程度越明显，反之越弱。
当光从真空射入水中时，折射率等于入射角与折
射角的正弦比。
总结起来就是真空中的角与水中的角正弦比。
金刚石的折射率最大，2.42
空气的折射率最小，1.00028，非常接近1 折射率无单位，任何介质的折射率皆大于1。 真空本身的折射率 = 1 空气折射率近似等于真空折射率
折射率大小与介质密度有什么关系？ 密度大的介质，其折射率不一定大 举例说明？ 酒精与水
n的大小与介质有关，与i和r无关，对于确定的介质，n是定值，不能说n∝sini或n∝1/sinr。 因为 是定义式。
折射率的决定式是什么呢？后面会将到。
折射率是反映介质的光学性质的物理量。即反映介质对光的偏折作用大小。
折射率越大，对光的偏折程度越明显，反之越弱。 以相同的角度从空气入射。
玻璃折射率大，光线偏折的多。水的折射率小，光线偏折的少。
光线偏折的多，折射角反而小了。反之。
衔接：有一个最本质的问题，大家在看到光的折射现象时就应该想到的。
【问题18】为什么光线要发生偏折？ 因为光速发生了变化。
【问题19】为什么不同介质的折射率不同？ 因为光在不同介质中的光速不一样。
【问题20】为什么光速要发生变化？ 介质对光的传播有阻碍作用。
【问题21】为什么光速变化会导致光线发生偏折？ 解释一：惠更斯原理。
解释二：光的传播总是寻求最短时间。
衔接：有一个最本质的问题，大家在看到光的折射现象时就应该想到的。
当一束光从一种介质斜射入另一种介质时，为什么光线要发生偏折？ 因为光速发生了变化。 为什么不同介质的折射率不同？ 因为光在不同介质中的光速不一样。
当一束光从一种介质斜射入另一种介质时，光线要发生偏折时因为光速发生了变化。 那为什么光速要发生变化？
我们前面学过波，波分为机械波和电磁波。 声波就是一种机械波，机械波的传播时需要介质的，声音不能在真空中传播，在空气中的速度时340，在水中的速度时1500，在钢铁中的速度时5000.也就是说介质对于机械波的传播是有促进作用的。
光是一种电磁波，电磁波的传播是不需要介质的，光可以在真空中传播，介质的存在反而阻碍了光的传播，使光速减小。不同介质对光的阻碍作用
不一样，所以不同介质中的光速不一样。
为什么光速变化会导致光线发生偏折？ 解释一：惠更斯原理。
解释二：光的传播总是寻求最短时间。
如图，已知介质的折射率n=√3，假设光分别沿着如图两条路径由A传播到B，求分别用多少时间？ 沿直线传播用的时间反而更长。
5.折射率与光速的关系：
（1）某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比．即：
（2）决定式：
v
c
n
（3）真空的折射率为1，其余介质折射率都大于1。 总结：
1.在光的折射现象中，折射角随着入射角的变化而变化，而两角的正弦值之比是个常数。即n与i和r均无关
2.对于不同的介质，折射率的值是不同的。 3.介质的折射率是由介质本身性质决定的,它取决于光在介质中传播的速度。
所以，介质的折射率本质上是由光速决定的。 折射率的等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比。（板书） 由于介质中的光速比真空光速小，所以任何介质
的折射率都大于一。真空的折射率等于一。
现在对折射率做一个总结：
1.在光的折射现象中，折射角随着入射角的变化而变化，而两角的正弦值之比是个常数。即n与i和r均无关
2.对于不同的介质，折射率的值是不同的。 3.介质的折射率是由介质本身性质决定的,它取决于光在介质中传播的速度。 七、光的射散 【问题22】
作图看看一束单色光经过玻璃三棱镜的折射特点。
出射光线向底边偏折.
衔接：这是单色光经过三棱镜折射的现象。如果用的是白色光，经过三棱镜折射后会出现什么现象？
演示实验，光的射散。
学生画出折射光线。
作图方法，先画法线，后画折射光线。
衔接：这是单色光经过三棱镜折射的现象。如果用的是白色光，经过三棱镜折射后会出现什么现象？
引导学生观察色散光的颜色排列。
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
