聯系本站客服加+微信號15139388181 或QQ：983228566 |
視頻標簽：光的全反射
所屬欄目：高中物理優質課視頻
視頻課題：高中物理選修3-4第十三章第二節《光的全反射》浙江省 - 臺州
本視頻配套資料的教學設計、課件 /課堂實錄及教案下載可聯本站系客服
高中物理選修3-4第十三章第二節《光的全反射》浙江省 - 臺州
《全反射》教學設計
一、教材分析
《全反射》是高中物理選修3-4第十三章第二節的內容，是編寫在《光的反射和折射》之后，是反射和折射的交匯點。本節課從光的折射入手，探討了光發生全反射的條件，以及相關應用。全反射現象與人們的日常生活以及現代科學技術的發展緊密相關，它是實現從課堂知識走向課外、走向生產、走向科技的重要教學內容。所以，學好本節課不僅能讓學生增長知識，拓展眼界，也能激發學生學習物理的興趣，培養學生觀察、分析、解決問題的能力。
二、學情分析
學習本節內容之前，學生在初中階段對幾何光學已經有了初步的了解，而本章的第一節內容《光的反射和折射》又詳細的介紹了光的折射定律以及折射率的測定方法，這些內容的學習，為學生進一步學習全反射奠定了知識和心理基礎；同時，在前面高中學習中，學生已經具備了一定的概括和分析問題的能力，這為本節課的學習奠定了能力的基礎。對于自然界中的一些光學現象及科學應用，學生往往是知其然而不知其所以然，存在一定的表面性、片面性和主觀性，所以這節課按照學生的認知規律進行，通過探究實驗讓學生完成從現象到本質的認識，同時，在這個過程中，讓學生體會科學探究的樂趣。
三、教學目標
1.知識與技能
（1）理解光疏介質、光密介質的概念。
（2）了解光的全反射現象，掌握臨界角的概念和全反射的條件。 （3）會解釋全反射的現象，了解全反射應用。 2.過程與方法
（1）通過探究學習，分析全反射現象，概括發生全反射的條件，計算臨界角的公式，從而培養學生分析、概括、計算的能力。
（2）運用所學知識解釋自然現象，增加學生學習的趣味，提高學生理論聯系實際的能力。 （3）啟發學生思維，鍛煉學生的語言表達能力。 3.情感態度與價值觀
（1）通過運用物理規律分析自然現象，讓學生領略自然界的奧妙，增強對大自然的熱愛。 （2）通過介紹全反射在科技方面的應用，使學生更加愛科學，學科學，用科學。
四、教學重難點
重點：臨界角的概念和全反射的條件； 難點：全反射的應用。
五、教學過程
1.新課引入 （1）知識回顧
引導回顧：一束光從空氣射向與玻璃的分界面時會發生什么現象？都遵循什么規律？
反射現象--反射定律，折射現象--折射定律，折射率：（介質）
（真空）2
1sinsinn
第 2 頁
展示表格：
提出問題：當光從空氣射入玻璃，入射角≥折射角；那如果光是從水中射入玻璃，入射角和折射角哪個更大呢？ 學生分析：
思路1：水和玻璃之間隔一層空氣，當光以同一入射角從空氣射入玻璃和水，由于水的折射率比玻璃的小，則水中的折射角要大于玻璃的折射角。所以光從水中射入玻璃，水中的入射角大于玻璃的折射角。 思路2：“光從水中射入玻璃”與“光從空氣射入玻璃”的情況是相似的，因為都是從折射率小的介質射入到折射率大的介質。
教師指出：只要介質1的折射率小于介質2 的折射率，那光從介質1射入介質2，介質1的入射角大于介質2的折射角；若垂直射入，入射角等于折射角。
概念1：我們把折射率較大的介質叫做光密介質，折射率較小的介質叫做光疏介質。 提出問題：水是光密介質還是光疏介質呢？
學生分析：水相對空氣是光密介質，相對玻璃是光疏介質。 教師指出：光密介質和光疏介質具有相對性。
總結：光從光疏介質射入光密介質，入射角≥折射角。
（2）實驗演示
小魔術：一枚硬幣放入空的圓底燒瓶，我們看到硬幣在燒瓶底部，現在往里注入水，請同學從側面注意觀察這枚硬幣。 現象：硬幣不見了。
教師引導：剛才確實放了枚硬幣進去，可是現在看不到硬幣，說明硬幣的光沒有進入我們的眼睛。那硬幣與我們的眼睛隔著哪些物質？
學生分析：水、玻璃、空氣。
啟發思考：那這硬幣的光是沒有從水中射入玻璃呢，還是沒有從玻璃射入空氣呢？
【設計意圖】通過回顧上節課的內容，為下面的學習做好鋪墊。從小魔術中“看不到硬幣”的現象入手，設置懸念，激發學生學習的興趣；
2.問題探究
（1）探究光從水射向玻璃
引導學生分析：光從水射向玻璃，相當于光從光疏介質射向光密介質，我們知道入射角是大于等于折射角，哪怕入射角增大到90°，折射角也小于90°，說明折射光依然存在。 結論：硬幣的光肯定能從水中射入玻璃，換言之，這個光應該不能從玻璃射入空氣！
啟發思考：那么，為何沒能射出呢？
（2）探究光從玻璃射向空氣
下面，我們通過一個習題來探討這一問題。 習題：光從玻璃射向空氣，當入射角分別為30°和60°時，折射角為多少？（已知玻璃的折射率為1.47）。
第 3 頁
提示：利用哪個公式計算折射角？入射角30°，對應的是θ1還是θ2呢？ 學生計算分析：入射角為30°，由（介質）
（真空）21sinsinn ，得（介質）（真空）30sinsin1.471，折射角θ1
約為47°；入射角為60°時，算不出折射角。
提出問題：當入射角為60°時折射角的正弦值大于1，在數學上是無解，折射角不存在；那么，在物理上，有何意義呢？
學生猜想：無解在物理上的意義應該是折射光不存在（消失）。 實驗驗證：入射角為30°時的折射角約為47°；入射角為60°時，折射光消失。 現象：入射角為30°時，折射角約為47°；入射角為60°時，折射光果然消失了，只剩下反射光。
概念2：我們把這種只有反射沒有折射的現象叫做全反射。
提出問題：那折射光是在什么時候消失的？此時的入射角有多大呢？ 學生小組討論并計算說明。
理論分析：折射光剛好消失時，折射角為90°，由nsin90sin2，得47.11n1sin2，入射角
θ2≈43°。
實驗驗證：當入射角接近43°時，折射光恰好消失。
注意：在實驗操作過程中，演示入射角比43°小一些時，折射光仍有；在接近43°時，折射光剛好消失。
概念3：把這個時候剛剛好發生折射光消失時的入射角稱為臨界角，用符號C表示。則
n
1Csin
。 提出問題：在剛才實驗中，同學們是否注意到，入射光調整時，反射光與折射光的強度也會隨之變化；那么，當入射角從30°增大到60°過程中，折射光與反射光究竟發生了什么變化？ 學生猜想：
①入射角增大時，反射角增大，折射角增大，折射光減弱，反射光增強； ②當入射角增大到某一角度時，折射光消失，只剩下反射光。 （光的強弱體現在亮度的明暗。） 實驗驗證：當入射角從30°增大到60°過程中，折射光和反射光的變化。
現象：①入射角增大時，反射角增大，折射角增大，折射光變暗，反射光變亮； ②當入射角增大到某一角度時，折射光的確完全消失，只剩下反射光。
【設計意圖】從小魔術的現象入手，進行分類討論。先學生理論分析，再實驗驗證的學習方式，讓學生感知探究物理問題的過程，并且培養學生小組討論，分析歸納的能力。
3.新知整合
歸納知識：下面我們一起來歸納全反射的內容。 ①什么是全反射？ 概念
②什么情況下會發生全反射？ 條件 a.光從光密介質射入光疏介質； b.入射角≥臨界角(C)
③臨界角公式？ n
1Csin
教師指出：根據臨界角公式，對于不同的介質，折射率越大，發生全放射的臨界角越小。 展示表格：
第 4 頁
教師指出：在這張表格中，我們看到金剛石的折射率最大，其臨界角最小，也就是說，發生全反射最容易。所以在光的照射下，金剛石會顯得特別的璀璨奪目。因此，我們就可以利用全反射的原理來鑒定鉆石的真偽。鉆石的成分就是金剛石。一些不良商家常用水晶、玻璃來假冒鉆石，我們可以通過其光澤度來對比。
展示實物：鉆戒和人造水晶
（圖1） （圖2）
【設計意圖】通過實物的對比加深學生對于“介質折射率大，臨界角小，發生全反射容易”在生活中的直觀認識。
4.學以致用
（1）解釋課前懸疑 引導解釋：通過剛才一系列的分析，我想大家對于光為何不能從玻璃射入空氣有一定的了解了。回到最初的魔術，為什么我們看不到硬幣？
學生分析：硬幣的光從水中射向玻璃，相當于光從光疏介質射向光密介質，入射角大于等于折射角，所以光肯定能從水中射入玻璃；但是當光從玻璃射向空氣，相當于光密介質射向光疏介質，如果入射角大于等于臨界角，會發生全反射，即折射光消失，沒有射入空氣，所以我們的眼睛接收不到硬幣的光，也就看不到硬幣了。
教師點評：這是我們利用全發射的知識解釋了為什么我們看不到硬幣。
（2）解釋自然現象
演示實驗：將一瓶雪碧倒入空的玻璃杯中，雪碧中的氣泡看起來特別明亮。 設疑：這是為什么呢？
學生實驗：利用燒杯、試管、水等做一個看起來特別明亮的實物，并且解釋現象。 學生動手操作且分析：將一個沒有水的試管和一個有水的試管同時放入有水的燒杯里，對比發現沒水的試管看起來特別明亮。這是因為光從水中進入玻璃再進入空氣時，在試管壁（玻璃）射向與試管內（空氣）的分界面時，入射角大于等于臨界角，就會發生全反射，所以看到試管特別明亮，像鍍了銀似的。
教師通過畫光路圖，加深學生對這一現象的原理進一步認識。 提出問題：那為什么雪碧里的氣泡看起來特別明亮呢？ 學生動手畫光路圖。
師生共同分析：光從雪碧射向與氣泡的分界面時，有一部分光會發生折射進入氣泡，還有一部分光由于入射角大于等于臨界角，會發生全反射，從而進入我們的眼睛，覺得氣泡特別明亮。
教師指出：像自然界中水或玻璃中的氣泡看起來特別明亮也是因為全反射的緣故。利用全反射我們不僅可以解釋自然現象，在其他方面也有很大的應用。 （3）全反射棱鏡
第 5 頁
介紹：橫截面為等腰直角三角形的玻璃磚是一種全反射棱鏡。 ①光垂直于直角邊射入
提出問題：光垂直于直角邊射入，光路會發生怎樣的偏轉呢？（圖3）
學生動手畫光路圖 學生分析光路 兩人一組實驗驗證 上臺演示 提出問題：通過這樣的棱鏡就可以改變光的傳播路徑。在我們的生活中有什么應用呢？ 激趣游戲：師生共同完成——教師仰望天空通過全反射棱鏡能看到桌面上學生寫的字。
學生嘗試通過全反射棱鏡仰望天空看書桌。
教師指出：如果有兩塊這樣的全反射棱鏡，我躺在床上能看電視，仰望天空也能看書桌上的書。再把它包裝一下，就是我們的懶人眼鏡(圖4)。 ②光垂直于斜邊射入
提出問題：光垂直于斜邊射入，光路會發生怎樣的偏轉呢？（圖5）
學生動手畫光路圖 學生分析光路 兩人一組實驗驗證 上臺演示 展示圖片：自行車尾燈（圖6）
引導學生描述尾燈背面的形狀:背面突出，其橫截面為等腰直角三角形的三棱柱。 提出問題：反光片背面是由許多的截面為等腰直角三角形的棱鏡組成的，這 樣的構造有什么優勢呢？
引導學生畫光路圖（圖7）。
教師指出：夜間行車時，當后面的汽車發出的光照在尾燈上，會發生全反射讓光反射回去，從而使后面的司機注意到前面的自行車，減速慢行。除此之外，汽車后面也有這樣利用全反射原理制成的尾燈（如下圖8、9）。
（圖8） （圖9） （圖10） 全反射棱鏡在潛望鏡中也有一定的應用。潛望鏡在潛水艇、坦克等中常用于觀察周圍環境的一種裝置。以潛水艇的潛望鏡為例。
展示圖片：潛水艇的潛望鏡（圖10）
學生動手操作：根據潛望鏡的功能，通過放入全反射棱鏡設計一個簡易的潛望鏡。 提示：我們的眼睛之所以能看到外面的景物，是因為外面的光進入我們的眼睛。
(圖11)
提出問題：除了放全反射棱鏡，還有其他選擇嗎？
學生分析：放入平面鏡。 教師指出：（全反射棱鏡的優勢）全反射棱鏡比之平面鏡，它的反射率極高，幾乎可達
后車無光 后車光照射
第 6 頁
100%，也不需要在反射面涂敷任何物質，所以反射時失真小。因此，對于精密的光學儀器，如雙筒望遠鏡、顯微鏡、照相機等常用全反射棱鏡代替平面鏡，用來改變光的傳播方向。
（4）光導纖維
演示實驗：激光從彎曲的玻璃棒一端射入，請同學們注意觀察光的傳播路徑有什么特點。 現象：另一端有光，說明光沿彎曲的玻璃棒傳播。
提出問題：為什么光能沿彎曲的玻璃棒傳播？難道光路是彎曲的嗎？
學生分析：光從玻璃射向與空氣的分界面時，如果入射角大于等于臨界角，會發生全反射，所以光在玻璃棒中是沿鋸齒形路線傳播。
教師指出：這就是光導纖維導光的原理，光導纖維簡稱光纖。
演示實驗：光纖本身不發光，但是把激光從一端射入，彎曲光纖，另一端有光，說明光在光纖里傳播了。
提出問題：那為什么光能在光纖里傳播？全反射的條件是？
學生分析：發生全反射。光從光密介質射向光疏介質，入射角大于等于臨界角。 教師指出：也就是說這根光纖很有可能是有兩層物質。剝開光纖一探究竟。 展示圖片：被剝開的光纖（圖12） 介紹光纖的結構：內芯和外套 教師指出：實用光纖只有幾微米到一百微米，如頭發絲一樣粗細。通過這樣的光纖我們只能傳輸一個光點，那如果我想要傳輸一張圖片呢？
引導學生分析：把光導纖維積聚成束，使纖維在兩端排列的相對位置一樣，帶有圖像的激光就能從一端傳送到千里之外的另一端。通過這樣的方式也可以傳送聲音。這就是光導纖維通信的原理。
介紹光導纖維應用演示器。
提出問題：利用光纖通信有什么優勢呢？
學生看書后回答：光纖容量大，比如一路光纖的傳輸能力理論值為二十億路電話，一千萬路電視；衰減小，抗干擾性強，速度快。
教師補充：其材料為玻璃纖維，直徑又小，所以重量輕，且成本低等。 提出問題：利用光纖通信這么好的想法最早是由哪位科學家提出的呢？
介紹高琨：1966年，華裔科學家高琨博士在其論文中首次提出用直徑僅幾微米的玻璃纖維做為光的波導來傳輸大量信息。之后，他一直致力于光纖通信的發展。43年以后，他也因此獲得了09年的諾貝爾物理學獎。
介紹內窺鏡：光纖不僅在通信上有著巨大貢獻，在醫學上也有很大的應用。光纖在醫學上制成的內窺鏡用來檢查人體內部器官。實際的內窺鏡有兩組光纖，一組把光傳送到人體內部進行照明，另一組把體內的圖像傳出供醫生觀察。
教師指出：除此之外，光導纖維在照明上，在裝飾上都有著巨大的作用（展示圖片）。 介紹兒童玩具花燈：利用光纖導光。
總結：光導纖維除了上述所提到的，它還在軍事、廣播、電視等都發揮著巨大作用。現代生活中我們已經離不開光纖，光纖在我們的生活中已經隨處可見。
【設計意圖】通過解釋自然現象，以及動手操作，加深學生對全反射的認識和理解。教師利用全反射棱鏡看桌面上學生寫的字，促進師生互動，加深學生對于全反射棱鏡改變光路的認識。并且創設實驗和思維的互動情境，讓學生能從不同的側面，通過不同的途徑、不同的方式認識全反射再生活中的應用。
視頻來源：優質課網 www.jjlqy.cn
