资源简介

第4节 《光的折射》教学设计
一、教学基本信息
课题 第4节　光的折射
学段 初中 年级 八年级上 教材版本 人教版
单元名 第四章 光现象 科学领域 物理
新课标对应 核心概念 光的折射
学习内容 知道光的折射现象；理解光的折射规律；知道在折射中光路是可逆的；能用光的折射规律解释简单的折射现象。
学业要求 能基于观察和实验，提出与光的折射有关的科学探究问题并作出有依据的猜想与假设，能表述实验过程，进行初步的因果判断，得出实验结论；能运用所学的结论进行简单的光学作图；能运用结论解释生活中的现象。
二、指导思想与理论依据
基于初中物理学科核心素养“科学思维”和“科学探究”的教学，课程设计从生活中筷子在水中变弯、重新看到杯子中的硬币两个实验入手，让学生提出问题、形成猜想与假设、引导学生设计实验并制定方案、获取与处理信息、根据信息得出光的折射规律，并能对实验过程和结果进行交流、评估、反思，然后再利用学习结论解释生活中关于光的折射的一些现象。
三、教材分析
本专题属于课标三大主题之-----“运动和相互作用”主题的二级主题“声和光”。物质运动和相互作用的规律是物理学的核心内容，也是学习物理学的基础。教材从“池水看起来比实际浅”引入让学生了解光的折射现象，开展光的折射探究，然后利用学习的结论解释生活中的折射现象。为体现物理学科的核心素养，教学中将采用多样化的教学方式，发挥实验在物理教学中的作用，让学生经历知识的探究过程，发展学生探究问题和解决问题的能力，并培养学生的科学态度和科学精神。具体说明如下： 1、让学生经历探究光从空气斜射入水或玻璃发生折射的实验过程，让学生通过观察，了解光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会发生改变，从而使光线在不同介质的交界处发生偏折；了解在两种介质的交界处，既发生折射，同时也发生反射；光的折射与光的反射一样都是发生在两种介质的交界处，只是反射光返回原介质中，而折射光线则进入到另一种介质中；由于光在两种不同的物质里传播速度不同，故在两种介质的交界处传播方向发生变化。 2、通过进一步的实验探究，了解光的折射特点︰折射光线、入射光线、法线在同一平面内（三线共面)）；折射光线和入射光线分居法线两侧（法线居中)；当光从空气斜射入水或玻璃中时，折射角小于入射角；当光从水或玻璃斜射入空气时，折射角大于入射角。在相同的条件下，折射角随入射角的增大（减小）而增大（减小)。光从空气垂直射入水中或其他介质时（折射光线、入射光线和法线在同一直线上)，传播方向不变，但光的传播速度改变。 3、体验由光的折射引起的错觉，初步领略折射现象的美妙，获得对自然现象的热爱、亲近的情感。筷子变弯折问题、重新看到硬币问题、叉鱼问题、一笔三折问题、池水变浅问题、海市蜃楼问题等等。
四、学情分析
本节知识是在学生已经学完光在“同一种均匀介质中沿直线传播”后所学的又一光学内容，学生对光的传播已有一个定势型的思维，所以本节知识既要对上一节知识有所延续又要有所突变，通过实验探究可以让学生更清楚更明白光的又一传播规律-----折射。八年级的学生在前面已经学习了几个物理探究实验，了解科学探究的一般流程；在光的直线传播和光的反射的学习中具备有一定的光学作图能力；但对科学探究方案的科学制定、动手操作存在一定的难度，对几何光路可能会存在不规范现象，课堂上要密切观察学情采取有效措施，关注课堂，关注学生。
五、教学目标
1.知道光的折射现象，理解光的折射规律，知道在折射中光路是可逆的；能根据光的折射规律作出已知入射光线的折射光线的大致方向；能用光的折射规律解释简单的折射现象。 2.经历实验探究光的折射规律的过程，重点培养通过观察和分析从现象中发现物理规律的能力；观察生活中因光的折射而发生的现象。 3.在探究光的折射规律的过程中，激发学生的好奇心,培养学生的探索精神，让学生体验科学探究的乐趣；关注周围生活中的折射现象，乐于用学过的知识探究其中的原因。
六、教学过程设计
教学环节 活动设计 设计意图
情境创设 活动一： 活动二： 通过活动培养学生的观察能力，激发学生的探究意识，形成科学地认识事物本质的习惯。
问题提出 我们已经知道：光在同种均匀介质中沿直线传播，光从空气射向水面会发生反射。那么光从空气进入水中，或者光从玻璃进人空气中,其传播方向又将会怎样呢 开门见山，直奔主题
自主探究 自主探究一： 1、让一束光从空气中斜射入水中，观察反射光线、折射光线。 2、光的折射现象：当光由一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折，这种现象叫做光的折射。 3、多媒体展示介绍基本概念 自主探究二： 实验1：探究折射光线和入射光线是否在同一平面内。 操作：将折射光线所在一侧的纸板向后翻折，观察纸板上是否有折射光线出现。 现象：折射光线消失。 结论：折射光线、入射光线、法线在同一平面内。 实验2：探究折射光线和入射光线是否在法线两侧？ 操作：多次改变入射光线的位置，观察折射光线的位置。 现象：折射光线与入射光线一直在法线两侧。 结论：折射光线、入射光线分居法线两侧。 实验3：探究折射角与入射角的大小关系。 操作一：光从空气斜射向玻璃砖中时，多次改变入射光线的位置，记录折射角和入射角的大小。 现象：折射角小于入射角。 结论：光从空气斜射入玻璃时，折射角小于入射角。 操作二：光从玻璃砖斜射向空气中时，多次改变入射光线的位置，记录折射角和入射角的大小。 现象：折射角大于入射角。 结论：光从玻璃砖斜射入空气时，折射角大于入射角。 操作三：入射光线垂直射向界面，记录折射角的大小。 现象：传播方向没有改变。 结论：当光线垂直入射时，传播方向不变。 实验4：探究光路是否可逆。 操作：记录一组入射光线和折射光线的位置，让光逆着折射光的方向射向界面，观察折射光线的方向。 现象：折射光线沿原入射光线射出。 结论：光路可逆。 通过实验让学生对于“光的折射现象”有个感性认识。 掌握折射现象中的几个基本概念 一步一步，指导学生设计实验。一方面培养了学生设计实验的能力;一方面实验与作图相夹杂，培养学生总结能力，认识到不是为了实验而实验，实验是为了找出规律；一方面针对初中生生理特点，多种活动间隔进行，使学生不会觉得闷。 针对初中生思维的直观性和心理上追求效率的习惯，及时阶段总结,同时培养类比能力。
合作交流 不同的小组互相交流，总结光的折射规律 折射光线与入射光线、法线在同一平面内。 折射光线和入射光线总是分居法线两侧。 3、入射角增大时，折射角也随之增大。 4、光从空气斜射入玻璃中（或其它透明介质中），折射角小于入射角；光从玻璃斜射入空气中，折射角大于入射角。 总之：空气中的角度大。 5、垂直射入时，传播方向不变。 6、光路可逆。 培养学生合作能力和分析、解决问题的能力。
总结反思 引导学生思考实验设计有没有不合理的地方？实验操作有没有什么失误？实验数据的测量结果是否可靠？有哪些值得总结的经验？ 我们认为实验还不够合理，因为仅凭一组的数据就总结出结论是不够的，还可以用水，盐水做实验； 实验中不能随意涂改实验数据，要实事求是； 如果实验数据出现错误，就要找出原因，如果数据存在误差，这是正常的。 培养学生反思问题、质疑创新的习惯。
应用迁移 光的折射与反射比较 相同点: 当光传播到两种介质的交界面时，一般要同时发生反射和折射。 反射光线和折射光线都与对应的入射光线、法线在同一平面上。 反射光线、折射光线都和对应的入射光线分居法线两侧，即反射光线与折射光线位于法线的同侧。 ④反射角和折射角都随对应的入射角的增大而增大，随它的减小而减小。 ⑤光在反射和折射时光路都是可逆的。 不同点 ①反射光线与对应的入射光线在同种介质中，折射光线与对应的入射光线在不同介质中。 补充:如何区分或识别光的折射现象和光的反射现象呢 关键看光是在同种介质中传播还是在不同介质中传播。一般来说，发生光的反射时，反射光线与入射光线在同一种介质中；发生光的折射时，折射光线与入射光线在不同种介质中。 光的折射作图 给出入射光线，如何根据光的折射定律作出折射光线？ ①找到入射点O ②过入射点做界面的垂线，即法线（虚线） ③根据光从空气斜射入水中折射角小于入射角补全折射光线（标箭头） ①找到入射点O ②过入射点做界面的垂线，即法线（虚线） ③根据光从水中斜射入空气折射角大于入射角补全折射光线（标箭头） 筷子弯折现象 来自P点的光通过水面折射后，折射光线的反向延长线都经过P 的像点P/，所以感觉筷子像是弯了。 生活中的插鱼现象 应该插在鱼的下方，因为水中的鱼经折射后被人们看到，实际位置要更深一些。 海市蜃楼与沙漠蜃景现象 大气层的折射现象 对比学习，强化知识的理解和内化。 巩固知识并运用已学的知识去解决问题 体验错觉，认识折射现象的美妙，获得对自然界的热爱、亲近的感情；用已学知识解决实际问题。
七、板书设计
光的折射 1.光的折射现象:光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向会发生偏折，这种现象叫光的折射。 2.光的折射规律 ①折射光线与入射光线、法线在同一平面内； ②折射光线和入射光线分居法线两侧； ③折射角随着入射角的增大(减小)而增大(减小)； ④当光从空气斜射入其他透明介质时,入射角大于折射角;当光从其他透明介质斜射入空气时，入射角小于折射角； ⑤当光垂直射向介质表面时,传播方向不改变； ⑥在折射时光路是可逆的。
八、学习评价(学业质量评价)设计
一、基本学科素养 1．小明课间漫步在校园的林荫大道上，看到树荫下有许许多多的光斑，有的光斑是圆形的（　　） A．山的“倒影” B．苹果的影子 C．筷子“弯折” D．手指“放大” 答案：B 解析：树荫下光斑属于小孔成像，是由光的直线传播形成的。 A．山的“倒影”属于平面镜成像，平面镜成像属于光的反射现象，与树荫下光斑的形成原理不同，故A不符合题意； B．苹果的影子是由于光的直线传播形成的，与树荫下光斑的形成原理相同，故B符合题意； C．筷子“弯折”是由光的折射形成的，与树荫下光斑的形成原理不同，故C不符合题意； D．手指“放大”属于凸透镜成像，是由光的折射形成的，与树荫下光斑的形成原理不同，故D不符合题意。 故选B。 2．近日，万众期待的长安中央公园正式对外开放，曾经的臭水沟，通过区委区政府的大力整治，变成了如今水清岸绿的新公园，以下四幅图片解释错误的是（　　） A．一道道光束可以用光的直线传播解释 B．长安博物馆在水面上的倒影是光的反射形成的 C．我们透过玻璃鱼缸看到的实际是鱼的虚像 D．水里的石头比较浅是因为光从空气射入水中发生了折射 答案：D 解析：A．一道道光束说明光沿直线传播，A正确，故A不符合题意； B．水面的倒影属于平面镜成像，是由光的反射形成的，B正确，故B不符合题意； C．鱼反射的光线从水中斜射入玻璃，再从玻璃斜射入空气，发生两次折射，人逆着折射光线看，看到的是鱼的虚像，C正确，故C不符合题意； D．水里的石头比较浅是因为光从水中射入空气发生了折射，D错误，故D符合题意。 故选D。 3．炎热的夏天，会有人喜欢下河游泳而引发溺水事故，如图所示，画中之人为什么说“没有那么深”，能正确反映这一现象的光路图是（　　） A． B． C． D． 答案：A 解析：河底反射的光线射入空气中时，在水面处发生折射，折射光线向远离法线的方向偏折，折射角大于入射角，人逆着折射后的光线看过去，看到的是河底的虚像，像的位置比河底的实际位置浅，所以，能正确反映这一现象的光路图是A图，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 4．小明在“探究光的折射规律”实验中发现：当光以较小的入射角从玻璃斜射向空气时，同时发生反射和折射现象，如图甲；但当入射角增大到41.8°时，空气中的折射光会突然消失，只有反射光，如图乙。现有一个玻璃制成的等腰直角三棱镜，一束光垂直于三棱镜的一个直角面射入，关于这束光经过三棱镜后的光路描述，如图中正确的是（　　） A． B． C． D． 答案：D 解析：当光从空气垂直进入玻璃或者从玻璃垂直进入空气时，其方向不变；当光从玻璃中斜射入空气时，其入射角为45°大于41.8°，故折射光会突然消失，只有反射光，其大致路径如图所示 故D正确，ABC错误。 故选D。 二、能力提高作图题 5．图中，小明的眼睛在C处，图示是小明刚好看到水中杯底硬币的A端的光路，在图中用箭头标明光的传播方向；向杯中缓慢注水，在图中画出小明刚看到硬币B端时水面的位置。 答案： 解析：小明刚好看到水中杯底硬币的A端，说明A点射向水面的光线折射后进入了人的眼睛，通过B点做A的入射光线的平行线，该平行线为入射光线，与之前折射光线的交点为刚看到硬币B端时水面的位置，如图所示： 6．郑州如意湖畔“大玉米”下，风景宜人，景色壮观，如图甲所示。船上的游客恰好看到水中的一条鱼从“大玉米”第二层游过，若以点A'代替看到的鱼和“大玉米”第二层重合处，请在图乙中完成游客看到的水中鱼实际位置和水面上“大玉米”第二层（用点A表示）的光路图。 答案： 解析：游客看到的鱼，是鱼反射的光线由水中射向空气中时，在水面处发生折射后射到游客的眼睛里点C，游客逆着射来的光线看去，看到的是鱼的虚像，事实上鱼的真正位置在其虚像点A'的下B点处，连接A'C，与水面的交点O即为折射点，然后过折射点垂直于界面作出法线，然后连接BO、OC，则BO为入射光线，OC为折射光线；“大玉米”在水中的倒影属于平面镜成像，根据平面镜成像时像和物体关于镜面对称，画出“大玉米”第二层像点A'关于水面的对称点A，即为“大玉米”第二层的位置。平面镜成的像是由反射光线反射延长会聚而成的，则连接A'C，与水面交于点O，即为射入人眼光线的入射点；连接AO，即为入射光线，连接OC即为反射光线，如图所示： 7．如图甲是某博主在内蒙古拍摄的超大“幻月环”。“幻月环”是一种独特的大气现象，当月光透过高空云层时，经过云层中六棱冰晶的折射，便形成了这种壮观的环形光晕。如图乙，一束光从六棱冰晶的AB面射入，请在图中作出光经六棱冰晶折射后从CD面射出的大致光路。 答案： 解析：光从六棱冰晶的AB面斜射入冰晶，传播方向向法线方向偏折，由光路可逆性原理可知，在冰晶的CD面，当光从冰晶斜射入空气中时，折射光线向远离法线方向偏折，光路图如下： <> 三、综合实践题 8．小听利用家中器材完成光学实践作业： （1）一束光从空气射到水面，反射光线如图甲，请在甲图中画出对应的入射光线以及大致的折射光线；( ) （2）乙图是临摹神器，将手机放在支架上调节位置，让手机屏幕中物体AB通过镜M成像（如图丙），即可对AB进行临摹； ①请在丙图画出此时物体AB的位置；( ) ②临摹时，眼睛既要能看到AB的像也要能看到桌面白纸，则应当选择 （选填“玻璃板”或“平面镜”）作为镜M，且眼睛位置可能在 （选填“E1”或“E2”）处。 答案： 玻璃板 E1 解析：（1）[1]先过入射点O垂直水面作出法线，根据反射角等于入射角，在法线右侧的空气中画出入射光线，方向指向入射点，然后再根据折射角小于入射角在水中画出折射光线，如下图 （2）①[2]分别作出像A′B′端点A'、B'关于平面镜的对称点A、B，即为此时物体AB的位置，如下图 ②[3][4]玻璃板既能让光透过也可以反射光，容易确定像的位置；所以用玻璃板作为镜M；玻璃板是利用光的反射成像的，所成的是虚像，因此眼睛位置可能在E1处。
九、课堂教学实践反思
本节课中的重点知识“光的折射规律” 是学习透镜对光线的作用和凸透镜成像的原理的基础。本节课要体现以物理实验为基础的思想，学生在实验中发现问题，引发思考，通过实验探究规律。让学生在实践中体会到物理学习的实验特色，从而受到科学态度和科学精神的熏陶，培养学生初步的科学探究能力、形成尊重事实、探索真理的科学态度。 一、鼓励猜想，合理引导 在本节课的教学活动中，进行了大胆的尝试，在规律的学习之前，先让学生进行大胆的猜想，敢于提出自己的假设和验证假设的方法，虽然这种使学生认识问题的过程比以往的直接讲授要多花一些时间，但却培养了学生的创造思维能力和分析问题的能力。但当放手让学生猜想时，也会遇到以下尴尬的局面：一是学生的猜想漫无边际，怎么猜也猜不到点子上；二是学生不敢猜也不知道该如何猜。为了避免这两种情况的发生，我在教学中反复思考、归纳、总结，觉得对于猜想难度较大的内容，教师应先做好铺垫，循序渐进，以便引导学生在科学研究的方向上进行猜想。比如在光的折射教学中，我先让学生回忆光分别在空气中和水中时的传播情况。因为旧知识的铺垫，学生都知道会沿直线传播。然后问学生：如果让光从空气斜射到水中，光的传播方向会不会发生变化？此时猜想无非两种结果：会，不会。接着我用玩具激光笔演示光从空气斜射入水中时的情况，让学生观察，他们便很直观的知道了光会发生偏折。 二、充分发挥小组合作的作用 本节课是节探究课，学生有机会自己动手会显得格外高兴，在此教师要及时对学生进行指导，让每组的同学互相协作，仔细观察，根据现象画出光路图，找出折射光线、入射光线、法线的关系，当光从空气斜射入水中时，比较图中折射角、入射角的大小，得出折射现象中角度的关系，这样让大家共同完成实验，使让每一个学生都得到发展，为学生营造一个民主平等、和谐融洽、快乐有序的学习氛围。学生在小组合作中无意之中还发现了当光垂直照射时，传播方向不改变的现象，比老师讲解效果好了许多。 “播种行为，收获习惯”。在教学中亦如此，因此我们要多给学生创造一些机会，不断激励学生通过观察、比较、实验、归纳、类比等手段提出种种假设或猜想，使学生逐步学会运用假设或猜想的方法解决问题，还要在猜想的同时发动学生动手探究，进行交流、讨论，培养他们的发散性思维，使他们真正成为善于学习的人。教师也能真正做到“受人以渔”，何乐而不为呢？三、“光的折射现象”演示实验有待改进。 这里有硬件方面的原因：激光笔的光束太细，没有办法显示出光路。如果条件许可，可以采用激光发生器，加狭缝遮光片，然后使用喷雾器制造水雾显示空气中的光路，在水中加入适量牛奶，在水槽中固定白色塑料板作为光路显示载体，这样折射现象会明显很多。根据现象，还能观察到光射到两种物质的界面上时，同时会发生反射和折射现象。

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