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2020-2021学年高中物理 第十三章 光 7 全反射教案1 新人教版选修3-4

2020-2021学年高中物理 第十三章 光 7 全反射教案1 新人教版选修3-4

年级：
姓名：

- 10 -

光的全反射
一、教学目标
1．知识目标：
（1）知道什么是光疏介质，什么是光密介质.
（2）理解光的全反射.
（3）理解临界角的概念，能判断是否发生全反射，并能解决有关的问题.
（4）知道光导纤维及其应用.
2．能力目标：
（1）会定性画出光疏介质进入光密介质或从光密介质进入光疏介质时的光路图.
（2）会判断是否发生全反射并画出相应的光路图.
（3）会用全反射解释相关的现象.
（4）会计算各种介质的临界角.
3．德育目标：
（1）体会本节实验中“让入射光正对半圆形玻璃砖中心从曲面入射”是在设计实验时设计者为突出主要矛盾而控制实验条件达到略去次要矛盾的高明做法.
（2）通过对蜃景现象的学习再次明确一切迷信或神话只不过是在人们未能明了科学真相时才托付于自然力的一种做法.
二、教学重点
全反射条件，临界角概念及应用.
三、教学难点
临界角概念、临界条件时的光路图及解题.
四、教学方法
本节课主要采用实验观察、猜想、印证、归纳的方法得出全反射现象的发生条件、临界角概念等，对阅读材料“蜃景”补充了录像资料或CAI课件，使其有更生动的感性认识.
五、教学用具
光学演示仪（由激光发生器、带量角度的竖直面板、半圆形玻璃砖等组合）
六、课时安排
1 课时
七、教学过程
（一）引入新课
让学生甲到黑板前完成图19—21及图19—22两幅光路图（完整光路图）

图19—22
图19—21

（学生甲画图时遗漏了反射光线）
［教师］光在入射到空气和水的交界面处时，有没有全部进入水中继续传播呢？
［学生］有一部分被反射回去.
（学生甲补画上反射光线）
［教师］很好.甲同学正确地画出了光从空气进入水中时的折射角…
［学生齐答］小于入射角.
［教师］光从水中进入空气时，折射角…
［学生齐答］大于入射角.
［教师］对.那么如果两种介质是酒精和水呢？请乙同学到前面来完成光路图.
图19—24
图19—23

学生乙顺利完成两图.
（二）进行新课
1．光密介质和光疏介质
1.1 给出光密介质和光疏介质概念.
1.2 让学生指出图19—21中的光密介质和光疏介质，再指出图19—23中的光密介质和光疏介质.让学生自己体会出一种介质是光密介质还是光疏介质其实是相对的.
1.3 （投影片出示填空题）
光从光疏介质进入光密介质，折射角________入射角；光从光密介质进入光疏介质，折射角________入射角.
（本题让学生共同回答）
2．全反射
（设置悬念，诱发疑问）
［教师］在图19—22和图19—23中，折射角都是大于入射角的设想，当入射角慢慢增大时，折射角会先增大到90°，如果此时我们再增大入射角，会怎么样呢？
（这时可以让学生自发议论几分钟）
［学生甲］对着图19—22说是折射到水中去吗？
［教师］你认为会出现图19—25这种情况吗？
图19—25

（其余学生有的点头，有的犹疑）
［学生乙］应该没有了吧.
［学生丙］最好做实验看看.
［教师］好，那就让我们来做实验看看.
2.1 出示实验器材，介绍实验.
［教师］半圆形玻璃砖可以绕其中心O在竖直面内转动如图19—26所示，入射光方向不变始终正对O点入射.

图19—28
图19—27
图19—26

2.2 请学生画出图19—27中光线到达界面Ⅰ时的反射和折射光路.
学生丙画出了图19—28中的光路图.
［教师点拨］入射点A处曲面的法线是怎样的？想一想法线的性质是什么？
［学生］和界面垂直.
［教师］如果界面是曲面呢？应和该处曲面的切面垂直，再启发学生想想圆上每一点的切线和该点半径的关系，学生悟出A处的法线就是OA. 进而画出正确的光路图如图19—29.
图19—30
图19—29

2.3 让学生画出光线入射到界面Ⅱ时的反射光路和折射光路.
（学生顺利完成图19—30）
2.4 观察实验
［教师］现在我们来研究光入射到界面Ⅱ时所发生的反射和折射现象.
转动玻璃砖，让光线在界面Ⅱ处的入射角渐增.
［问］你们看到了什么现象？
［学生甲］入射角增大，反射角和折射角都增大.
［学生乙］反射光越来越亮，折射光越来越暗.
继续转动玻璃砖，学生看到当折射角趋于90°时，折射光线已经看不见了，只剩下反射光线.继续转动玻璃砖，增大入射角，都只有反射光线.
（学生恍然大悟）
［教师］什么结果？
［学生］折射角达到90°时，折射光线没有了，只剩下反射光线.
［教师］这种现象就叫全反射.
3．发生全反射的条件
3.1 临界角C
［要求学生根据看到的现象归纳］
（学生讨论思考）
［学生甲］入射角要大于某一个值.
［教师］对，我们把这“某一值”称为临界角，用字母C表示.
重复实验至折射角恰等于90°时停止转动玻璃砖.让前面的学生读出此时的入射角即临界角C约为42°左右.
［教师］后面的学生看不见读数，那我现在告诉你们这种玻璃的折射率n=1.5，请你们算出这种玻璃的临界角.（学生觉得无从下手）
［教师启发］想想当入射角等于临界角C时，折射角多大？
学生领会，列出算式：=n
［教师］这样对吗？错在哪儿？
［学生甲］光不是从空气进入玻璃.
［教师］对了.你们自己改正过来.
学生列出正确计算式：=sinC=
代入n算得结果与实验基本相符.
教师点明临界角的计算公式：sinC=
3.2 发生全反射的条件
［教师］毫无疑问，入射角大于等于临界角是条件之一，还有其他条件吗？
［学生乙］光从玻璃进入空气.
［教师］可以概括为…
［学生］光从光密介质进入光疏介质.
［教师］很好，记住，是两个条件，缺一不可.
3.3 巩固练习
［投影幻灯片］如图19—31为两面平行的玻璃砖，一束光从AA′面入射.当逐渐增大其入射角θ时，有没有可能在BB′面上发生全反射？（部分学生马上说，可能）

图19—31

［教师］根据？
［学生］是从光密介质到光疏介质.
［教师］仅此就够了吗？
［学生］入射角大于临界角.
［教师］本题中入射角一定能大于临界角吗？
［学生］可能吧.
［教师］再想想，入射到BB′处的光线是第一个界面处折射过来的光，不是光源直接发出的.
（学生思考，议论）
［学生甲］不可能发生全反射.因为AA′∥BB′，所以图中i=r,由sinr=,θ＜
90°,所以sinr＜即sini＜，即i＜C，所以不能发生全反射.
［教师］好极了，注意要同时满足两个条件.
用实验演示上题给学生看一遍，验证刚才的分析.
4．全反射的应用——光导纤维
4.1 学生阅读课本有关内容.
4.2 教师补充介绍有关光纤通信的现状和前景（附后）.
4.3 演示课本光纤实验，不过改用前面实验中的激光束来做，效果很好.
4.4 辅助练习［投影片］
如图19—32表示光在光导纤维中的传播情况，纤维为圆柱形，由内芯和涂层两部分构成.内芯为玻璃，折射率为n0;涂层为塑料，折射率为n1，且n1＜n0.光从空气射入纤维与轴线成θ角.光线在内芯侧壁上发生多次全反射后至纤维的另一端射出.若内芯的折射率n0=1.5，涂层的折射率n1=1.2，求入射角θ最大不超过多少度光线
图19—32

才能在内芯壁上发生全反射.
参考答案：64.16°
5．自然界中的全反射现象
5.1.水或玻璃中的气泡看起来特别的明亮,图解如图19—33.

图19—33

5.2 大气中的光现象（录像或CAI课件）
(1)海市蜃楼
(2)沙漠蜃景
（学生阅读课本上的相关内容）
6．延伸拓展
6.1 在全反射现象演示实验中，入射光为什么要正对O点入射？若不这样会怎样？
（先让学生自己猜想、议论）
［演示］学生将看到图19—34所示的情况（图中未画完所有的光路）.

图19—34

［教师］看到了吧，这样我们将眼花缭乱看得头晕.体会到设计者构思的巧妙了吗？这种做法就叫控制实验条件.是为了突出所要研究的问题.这是实验研究中常用的一种方法.想想你们以前做的实验中有哪些是控制实验条件的？
［学生］验证牛顿第二定律实验让木板倾斜以平衡摩擦力.
［学生］验证a~F关系时让m不变.
［教师］你们体会的很好.希望你们能学以致用.
6.2 ［投影］在盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮杯侧.从水面上观察水中的试管.在试管内装上水，再观察记录你看到的现象，并作出解释（图19—35）.
图19—35

（学生课后到实验室做）

（三）课堂小结
本节课我们学习的知识主要有
1．光密介质和光疏介质
2．光的全反射
［CAI课件］动态展示加文字说明：
（1）光在入射到两种介质的交界面处时，通常一部分光被反射回原来的介质，另一部分光进入第 Ⅱ种介质并改变了传播方向.
（2）当光由光密介质射向光疏介质时，当入射角等于或大于临界角时，光全部被反射回原介质中去，称做全反射现象.
（3）当折射角增大到90°时的入射角称为临界角C（参考图19—36）.
图19—36

3．光导纤维的原理及它广阔的应用前景.
4．自然界中的全反射现象
水中的气泡，阳光照射下的露珠特别明亮.炎热夏天的马路有时看上去特别明亮等.
（四）布置作业
课本P18练习四（3）（4）（5）
（五）板书设计

全反射
光密介质和光疏介质
全反射现象：光从光密介质进入光疏介质，当入射角大于或等于临界角时，光全部被反射回原介质中去的现象
临界角C：折射角等于90°时的入射角sinC=
原理
应用

★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。