《光的折射》教学设计，本文主要内容关键词为：教学设计论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
探究性课堂教学可以增强学生解决问题的能力，让学生在收集信息中探究，在问题解决中探究，在探索中发现，从解决问题中获得满足感，从而使教学焕发出生机勃勃的活力。通过开展探究性学习过程中，学生逐渐学会如何解决问题，学生参与探究过程越多，越能将此过程迁移到解决其他问题的情景之中。下面以《光的折射》的探究式教学为例，充分展示探究性课堂教学的优越性。
【教材分析】
光的折射定律是几何光学的三大基本规律之一。学生在初中已经对光学有了初步的认识，因此教材在这部分的处理上首先介绍了光学的发展史，然后直接给出了光的反射定律和光的折射定律。本节课的重点是如何得出折射定律以及对光的折射率的理解。在处理如何得出折射定律的问题上，教材提供了两种思路：一种处理方法是直接给出折射定律，然后将这一定律应用在测定玻璃砖折射率上；另一种处理方法是由玻璃砖实验来得出折射定律，这种方法能够让学生充分地参与到探究的过程中，所以在教学中采用第二种思路来实施教学。
学生在初中已经学过光的反射和折射，但没有深入学习过光的折射所遵循的定量关系。学生已具备一定的实验操作技能，对物理学的研究方法已有一定的了解，在自主学习、合作探究等方面的能力有了一定提高。
【教学目标】
1.知识与技能
(1)了解光的折射现象；
(2)探究并了解光从一种介质进入另一种介质时的偏折规律；
(3)了解光在发生折射时，光路的可逆性。
2.过程与方法
(1)使学生在学习本节课中能提出新的问题，培养提出问题的能力；
(2)通过实验观察，认识折射现象，培养学生初步的观察能力；
(3)使学生进一步了解科学探究活动过程，培养学生初步的探究能力。
3.情感态度与价值观
培养学生与他人交流和合作的精神，敢于提出自己不同的见解。
【教学重点】
(1)探究并了解光从空气射入水中或其他介质中时的偏折规律；
(2)使学生进一步了解科学探究活动过程，培养学生的探究能力。
【教学难点】
如何根据实验数据推导出折射定律。
【教学方法】
实验为主的探究式教学、讨论式教学。
【教具和媒体】
激光演示仪、玻璃砖、大头针、水槽、实物投影仪、多媒体计算机等。
【教学流程】
教学流程如框图1（下页）所示。
图1
【教学过程】
一、创设情景，引入新课
1.多媒体播放光的各种美妙现象
(1)铅笔在水中的“折断”现象；
(2)海市蜃楼；
(3)三日同辉。
（这样做的目的是让学生认识到这些物理现象就在我们的身边，从而激发学生探究这些现象的欲望）
总结 这些现象都与光的折射现象有关，今天我们就来研究光的折射现象。
2.问题：当一束光射到两种介质表面上时，会发生什么现象？
演示1 如图2所示，当一束激光从空气射到玻璃砖表面时，观察到的是什么现象？
图2
学生1 当激光射到玻璃砖表面时，有一束光回到原来的介质中继续传播；
教师 这就是我们在初中学习过的反射现象。
学生2 还有一束光进入了另一种介质中，继续向前传播，但其传播方向发生了变化。
教师 这就是我们今天学习和研究的折射现象。
演示2 如图3所示，当改变入射角时，能观察到什么现象？
图3
学生1 反射角与入射角随入射角的变化而改变；
学生2 入射光线的强度与折射光线的强度随入射角的变化而发生变化。
（这样做的目的是为以后学习入射光线的能量与折射光线的能量随角度的变化而改变埋下伏笔）
二、探究：光在玻璃中的折射角和入射角之间的定量关系
1.提出问题
折射角和入射角之间到底有什么定量关系？我们如何找到这些物理量呢？
2.学生分组实验探究
实验器材 平行玻璃砖，大头针，量角器，三角板，白纸。
需要解决的问题 怎样测得入射角和折射角？
3.引导学生分析
(1)光是沿直线传播的，现在我们没有激光等各种光源，怎么利用现有的实验器材确定一条光线？
点拨 我们可以逆向思维：利用两点就能确定一条直线，如果能确定出入射光线与折射光线上的两点，就能确定入射光线和折射光线，我们可以借助于插针法来处理，采取遮光法来确定一条光线。
(2)光在玻璃中的折射光线怎么确定？
方法如图4所示。
图4
（这里要详细介绍如何利用插针法来确定入射光线和折射光线。因为在以前的教学中发现，如果不将方法介绍清楚，等到学生自己动手时就会出现各种问题）
(3)请学生根据插针法，测量出一组入射角与相应的折射角。
将学生分为八个实验小组，给定入射角分别为10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°，每个实验小组负责测量一个入射角及相应的折射角，设计表格并记录实验数据。
（在此分组给定入射角，主要是考虑到两个方面的因素：一是数据的处理。如果让学生自己选择入射角，绝大多数学生选择的角度是在30°～60°范围内；二是时间的限制。让学生测3组及以上数据，时间花费太多，而本节课重点是怎样处理数据，不必要在测量上花费太多的时间。考虑到这些因素，所以决定采取上述方法进行实验）
4.实验记录
实验数据记录如表1所示。
表1
（请每组派出一名同学将本组的实验数据记录在老师的电脑上的表格（表1）中，方便学生观察、处理）
问题 在实验的基础上，请大家猜想入射角和折射角的函数关系？
（这是本节课的重点，引导学生如何探究，如何处理实验数据，请学生来猜想它们之间的关系，教师不要对学生的猜想做任何评价，让学生的自主能力和探究能力尽情张扬，要相信学生能处理好实验数据）
教师 如何处理实验数据最直观最简洁？
学生 图象。
根据科学探究的思路，从最简单的关系探究起，看其是不是正比例关系？反比例关系？平方成正比？三次方成正比关系？借助于图象来帮助探究。
猜想1 
的关系为正比关系？
通过Excel作图，如图5所示，说明不是正比关系。
猜想2 
的关系为正比关系？
通过Excel作图，如图6所示，说明的关系不是正比关系。
图5
图6
图7
5.简要介绍有关折射定律的发现历程
公元140年，希腊天文学家托勒密得出实验结果后，只是从数据的表面简单寻找比例关系：折射角与入射角成正比。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。最终在1621年，由荷兰数学家斯涅耳发现了入射角和折射角之间的关系。
由此我们可以看到：一个物理定律的发现往往经历一个曲折的过程，需要坚韧的创新精神，做前人没有做过的事。在前辈的探索过程中一定有许多尝试、失败、再尝试，这就是发现过程，在这一过程中其中充满着创新思维的火花。
三、光的折射定律
折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即
。
这个公式我们在上一章的学习中研究波的折射时已经得到过这个等式，那时从惠更斯原理得出的推论说明什么问题？光是不是一种波？
（注意帮助学生做前后知识的相互关联，也为以后进行光的波粒二象性的教学打下基础）
用多媒体计算机投影出示如下表2。
表2
教师 表2中右边这个常数跟什么有关？
学生 与材料有关，它反映了材料的一种属性。
四、折射率
光从一种介质射入另一种介质时，虽然入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数，但是对不同的介质来说，这个常数是不同的。这个常数跟介质有关系，是一个反映介质的光学性质的物理量，我们把它叫做介质的折射率。
把光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率。
让学生猜测为什么不同介质的折射率不同的原因，然后教师作如下总结：
介质的折射率n与光在其中的传播速度有关，
。由于光在不同介质中的传播速度不同，这正是发生折射的原因。
实验演示 观察激光从空气射入玻璃砖的光路及由玻璃砖射向空气的光路。
学生通过观察总结出在光的折射现象中，光路是可逆的。
五、课堂练习
1.为什么人在水上看到水中物体的像，比物体的实际位置偏上，感觉水比较浅？
2.光在某种介质中的传播速度是
，当光线以30°入射角由该介质射入空气时，折射角为多少？
3.如图8所示，一个储油桶的底面直径与高均为d.当桶内没有油时，从某点A恰能看到桶底边缘的某点B。当桶内油的深度等于桶高的一半时，仍沿AB方向看去，恰好看到桶底上的点C，C、B两点间的距离为d/4。求油的折射率和光在油中的传播速度。
图8
六、小结
略。
七、作业
略。
【教学反思】
1.新课引入是一个重要的教学环节，对调动学生学习的积极性、主动性和激发求知欲，都有不可估量的作用。这节课中，通过创设情景，激发学生的学习兴趣，来引入新课。教师通过创设问题，引导学生去设计实验、做实验、处理实验数据、得出结论等一系列的探究活动，让学生体验了探究物理规律的过程，从中掌握探索物理规律的方法。这样的教学充分体现了学生在“做中学”“学中悟”的现代教育思想和教育理念。
2.做好实验是新课学习的关键。从实验事实出发，观察现象、初步分析、进行猜测，然后通过实验数据处理总结得出结论，这是本课始终贯彻的教学主线，也是本节课教学成功之处。
3.学生在教师的引导下，主动获取知识、培养能力，这既有利于调动学生学习的积极性，也有利于使学生获得成就感。这节课充分体现了以教师为主导、以学生为主体的新课程理念。