资源简介

主题六 光现象及其应用
第一节 光的折射和全反射 教学设计案例
课程内容 第一节 光的折射和全反射
课程类型 启发讲授课 课时 2 学时
教材内容分析 本节主要让学生学习光线物理模型，通过实验，建构介质的折射率概念，理解光的折射定律，了解光的全反射现象及其产生的条件，能计算临界角的大小，能解释生活中常见的全反射现象。
学情分析 学生在初中学习过光的直线传播、反射和折射现象等，但都是定性了解。中职物理中，我们要更深入地定量了解光的折射规律，了解全反射现象产生的条件等。
教学目标 1．建构折射率、光密介质、光疏介质、临界角等概念，形成光是一种特殊形态的物质、光从一种介质进入另一种介质时会发生折射现象、光从光密介质向光疏介质传播时可能会发生全反射现象等物理观念，并能应用其解释海市蜃楼等光学现象。
2．了解光线这一物理模型的建构方法，了解用光线研究光的折射定律、全反射规律的方法，了解探究光的折射规律时使用的观察、分析、归纳、数学等方法。
3．通过观察演示实验，增加对相关光学现象的感性认识，增强实验观察等核心素养。通过进行探究实验和学生实验，体会科学探索的艰辛，增强操作技能以及技术运用、探究设计等核心素养。
4．通过课堂交流、学生实验等方式，增强工匠精神与合作交流能力。了解科学家追求真理的科学精神，增强科技传承的责任感。
教学重点 让学生建构光线模型，了解光的折射规律，了解全反射现象产生的条件。
教学难点 归纳光的折射规律，了解全反射现象产生的条件。
教学策略 让学生通过自主学习、合作学习与探究学习了解新知识，形成新观念，提高实验观察能力，受到科学方法熏陶。
主要教法 启发式讲授、演示实验、组织合作学习与探究学习
主要学法 自主学习、观察实验、思考讨论、合作学习与探究学习
教学资源 多媒体课件展示系统、宽约5 cm的玻璃砖1块、半圆柱形玻璃砖1块、小激光灯1个、白纸1张、标有圆心角度数的白纸1张、刻度尺1把、量角器1个、铅笔1根、盛水的烧杯1只、直径1 cm的钢球1个、蜡烛1根、摄子1把、打火机1个等。
课堂实施
教学 环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
课前 准备 1.光是一种什么物质？ 2.光线是什么？ 3.什么是光的折射？ 4.光的折射角与入射角之间可能存在什么关系？ 5.什么是自然观察法？ 6.介质的折射率是什么？ 7.光的折射定律用公式如何表示？ 8.光密介质和光疏介质分别是什么？ 9.什么是光的全反射现象？ 10.什么是临界角？产生全反射现象的条件是什么？ 1. 安排学生进行预习（阅读教材、观看老师提供的微课视频）。 2. 就学生提出的问题进行有针对性地备课，准备在课堂上学生讨论时给予指导。 对教材和教学视频进行学习和思考，并与同学讨论其中发现的问题，将疑问反馈给老师。 让学生通过课前自主学习，发现自己不理解的问题，准备到课堂上与同学讨论，与老师交流，解决疑问。
课堂 实施 新课引入 创设情境： 一位野外摄影师拍摄的一张照片中，有一个不明生物的身体上“长”了4只脚。 展示图片、提问： 这是一种什么生物呢？它是怎么拍摄出来的呢？ 观看、思考 激发学生学习动力，明确学习目标
新课教学 光是一种特殊形态的物质，其本质是波长不同的电磁波。可见光的波长约在400～770 nm之间。 讲述 倾听、记忆 让学生了解光的本质。
我们已经知道，光在同种均匀介质中是沿直线传播的。为了便于研究光的传播规律，物理学中常用一条带箭头的直线来表示光的传播方向，这条直线称为光线。它也是人们为了研究方便建构的一种物理模型。 人眼在观察物体时，往往根据射入眼睛的光线的方向和光沿直线传播的经验来判断物体位置，认为光是从射入眼睛的光线的反向延长线处发出的。 展示图片、讲解 观看、倾听、理解 帮学生建构光线模型，并了解其应用。
将一根筷子斜插入水中时，可观察到筷子在水面处发生弯折的现象，如图所示。这种光从一种介质射入另一种介质时，光线的方向发生改变的现象，称为光的折射。 展示图片、讲述、提问： 光的折射角与入射角之间存在什么关系呢？ 观看、倾听、思考 让学生回顾初中所学，做好知识衔接，引出新课。
探究实验：用玻璃砖探究光的折射规律 发现问题：当光从空气射入玻璃时，入射角和反射角之间有什么规律呢？ 提出假设：折射角一般随着入射角的增大而增大，可能与入射角成正比。 设计方案：将一块矩形玻璃砖放在白纸上，用激光灯以一定的入射角从空气射向玻璃，测量激光进入玻璃后的折射角，尝试归纳折射规律。 收集证据：使入射角从0°~80°之间，每隔10°测量一个折射角，记录到表中。 结果验证：与本学习小组的同学一起分析以上实验数据，尝试归纳折射规律。 反思改进：与其他组的同学交流，最终可以得出什么结论？ 组织学生进行探究实验，提问： 光的折射角与入射角之间存在什么关系？ 实验探究、合作学习、回答： 光的折射角与入射角之间不成正比。 引导学生通过现象归纳光的折射规律。
古人在公元2世纪测定了光从空气向水中折射时入射角与折射角的对应关系，并认为折射角与入射角成正比。近千年后被人证实是错误的。后来有人猜测折射角与入射角之间的关系与它们的密度有关，又被实验证伪。直到1621年，荷兰数学家斯涅耳才发现了入射角和折射角之间存在的准确关系，但是不能解释其产生的原因。 讲述 倾听 让学生了解科学史中折射定律的发现过程。
【思维与方法】 自然观察法 自然观察法是人们有目的、有计划地通过感觉器官或借助科学仪器对自然现象在自然发生的条件下进行资料搜集的一种方法，是最基本、最古老、最直接的科学方法。 讲述 倾听 让学生了解科学方法。
后来在法国科学家斐索和傅科通过实验测定了空气和水中的光速后，人们才真正了解折射规律。原来，光在真空中的速度最大，约为3×108 m/s，在其他介质中的速度都小于这一数值。当光从真空射入其他不同的介质时，会发生不同程度的偏折，这种现象显示了介质对光作用的性质。为了描述介质的这种性质，人们把光在真空中的速度c和在介质中的速度v的比值，称为介质的折射率，用n表示： 由于光在真空中的速度大于光在任何介质中的速度，所以，其他介质的折射率都大于1。 讲解 倾听、理解 帮助学生建构介质的折射率概念，并了解其特点。
【应用与拓展】 眼镜片与折射率 眼镜片的材料一般有玻璃和树脂两种。玻璃镜片表面耐磨，但是重量较大，并且容易破碎，不安全。树脂镜片较轻，重量只有玻璃镜片的一半，抗冲击性是玻璃镜片的数十倍，所以很安全。树脂镜片还可以染色，进行多种框架的特殊加工，但树脂镜片表面较玻璃镜片易磨损，须细心护理。 镜片品质的一个衡量标准就是折射率。一般来说，相同的屈光度，折射率越高，镜片越薄，品质越好。对于度数较深的配镜者，应该使用高折射率的镜片。 组织学生自主学习、巡视、指导、答疑 自主学习、阅读、质疑 让学生了解折射率概念在生活中的应用。
假设光从折射率为n1的介质射入折射率为n2的介质（例如从空气射入玻璃）时，入射角为θ1，折射角为θ2，入射角和折射角之间的关系是： 即 n1 sinθ1＝n2 sinθ2 人们把这个规律称为光的折射定律，也称斯涅耳定律。 由折射定律可看出，发生折射时，光线在折射率大的介质中与法线的夹角小，在折射率小的介质中与法线的夹角大。 如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射，即光路是可逆的。 展示图片、讲解 观看、倾听、理解 让学生理解折射定律。
两种介质相比较，折射率大的称为光密介质，折射率小的称为光疏介质。光从光密介质射向光疏介质（例如从玻璃射向空气）时，折射角总是大于入射角。当折射角等于90°时，就出现了一种奇特现象。 讲解 倾听、理解、思考 帮学生建构光密介质和光疏介质的概念，并为下面的探究实验做铺垫。
探究实验：探究光从光密介质射向光疏介质时的规律 发现问题：光从光密介质射向光疏介质时，折射角总是大于入射角。当折射角等于90°以后，再增大入射角，会产生什么现象？ 提出假设：如果当折射角等于90°以后，再增大入射角，折射光线可能会消失。 设计方案：将半圆柱形玻璃砖放置在的标有圆心角度数的白纸上，让玻璃砖的圆心正对白纸上的圆心。让激光灯发出的光沿圆柱形玻璃砖的半径射向圆心，让入射角从0°开始，逐渐增大。观察以不同入射角入射的光线产生的折射现象，探究当折射角等于90°以后，会发生什么现象。 收集证据：使入射角从0°开始逐渐增大，每隔5°记录一次数据，将实验数据记录在表格中。 结果验证：通过此实验，可以发现：在光从玻璃射向空气时，随着入射角的增大，折射光线的亮度越来越 ，反射光线的亮度越来越 。当折射角等于90°时，入射角约为 ，发生了什么现象？再继续增大入射角，发生了什么现象？ 反思改进：与其他同学交流，本实验若要测量得更加精确，需要采取什么措施？ 组织学生进行探究实验，自行验证假设，增加对全反射现象的感性认识。 实验探究、合作学习、找寻答案。 通过此实验，可以发现：在光从玻璃射向空气时，随着入射角的增大，折射光线的亮度越来越弱，反射光线的亮度越来越强。当折射角等于90°时，入射角约为32°～42°，发生了折射光线消失的现象。再继续增大入射角，发生了折射光线消失的现象。 引导学生通过实验发现产生全反射现象的条件。
当光从光密介质射向光疏介质，并且当入射角大于某一角度时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象称为全反射现象。 在全反射现象中，刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角称为临界角，用C表示，如图所示。当光从光密介质射向光疏介质时，如果入射角大于临界角，就发生全反射现象。 不同的介质，由于折射率不同，在空气中发生全反射现象的临界角也不一样。根据折射定律可得 n sin C ＝ 1×sin 90° 知道介质的折射率，就可以用上式求出光从这种介质射到空气（或真空）界面时的临界角。水的临界角为48.8°，各种玻璃的临界角为32°～42°，金刚石的临界角最小，为24.5°。 金刚石经过一定方式的切割，往往使进入其中的白光经过多次全反射后才从某个表面射出。由于光的色散现象，因此金刚石总会呈现出五彩斑澜的色彩。 展示图片、讲解 观看、倾听、理解、记忆 让学生建构全反射、临界角的概念，了解全反射现象产生的条件及其应用。
演示实验：观察水中的小球 用摄子将一个钢球夹住，放在火柴、蜡烛等火焰上薰烤，使其表面全部被薰黑。等钢球冷却后，将它放入一个盛水的玻璃杯中，观察其表面的颜色。 进行演示实验，提问： 黑色的钢球放入水中后，其部分表面呈现出什么颜色？为什么会产生这一现象？ 观察演示实验，思考、回答： 黑色的钢球放入水中后，其部分表面呈现出银白色。光在包围钢球的水表面发生了全反射。 增加学生对全反射现象的感性认识，增强科学论证的核心素养。
在本节前面的照片中，那个不明生物其实是一只漂浮在平静水面上的水鸟。摄影师在水面下用照相机以较大角度向水鸟拍摄，由于发生了全反射现象，所以我们看到的仅是水鸟在水面下的身体及其在水面上反射的倒影。 回应“情境与问题”中的问题。 倾听、理解 让学生了解用全反射规律解释现象。
【应用与拓展】 海市蜃楼 夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰、船舶、楼台、亭阁、集市、庙宇等出现在远方的空中。古人不明白产生这种景象的原因，对它作了不科学的解释，认为是海中蛟龙（即蜃）吐出的气结成的，因而称为“海市蜃楼”，也叫蜃景。 组织学生自主学习、巡视、指导、答疑 阅读、质疑 让学生了解生活中的海市蜃楼现象。
自由讨论 本节的主要内容讲完了，同学还有哪些疑问，自由提问，小组讨论，自由抢答。 组织学生自由提问、讨论，或回答问题。 向老师提出自己的疑问、回答同学的问题。 通过思想的碰撞，发展学生质疑创新的核心素养。
归纳总结 本节学习了光的折射、折射率、光密介质、光疏介质、全反射、临界角等概念，了解了折射定律、产生全反射现象的条件，也了解了自然观察法等科学方法等。 归纳总结本节所学内容。 倾听、记忆 帮助学生巩固所学。
课后 提升 书面作业
实践活动
板书 设计 略。
评价 反馈 本节课堂上学生回答问题得到的分数、批改学生作业后将评语及时反馈给学生。
教学 反思 反思本节课是否让学生通过自主学习进行了预习？授课过程中是否考虑到新旧知识的衔接？是否注意由浅入深地进行引导？教学难点的处理方法是否恰当？是否调动了全体学生的学习积极性？是否采用了合作学习、探究学习的教学策略？是否给学生提供了思维方法指导？学生是否进行了动手实践活动？是否注重了学生正确价值观、爱国主义思想等的培养？思考自己的讲授、启发、提问、组织、指导、回答等方面有哪些需要改进的地方。
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