2022年高中物理 第四章4.3 認識光的全反射現(xiàn)象》教案 粵教版選修3-4

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1、認識光的全反射現(xiàn)象 教案 一、教學(xué)目標 1．知識與技能： （1）理解光的全反射現(xiàn)象； （2）掌握臨界角的概念和發(fā)生全反射的條件； （3）了解全反射現(xiàn)象的應(yīng)用． 2．過程與方法： 通過觀察演示實驗，理解光的全反射現(xiàn)象，概括出發(fā)生全反射的條件，培養(yǎng)學(xué)生的觀察、概括能力；通過觀察演示實驗引起學(xué)生思維海洋中的波瀾，培養(yǎng)學(xué)生透過現(xiàn)象分析本質(zhì)的方法、能力． 3．情感態(tài)度與價值觀 （1）滲透學(xué)生愛科學(xué)的教育，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科學(xué)、愛科學(xué)、用科學(xué)的習(xí)慣。 （2）生活中的物理現(xiàn)象很多，能否用科學(xué)的理論來解釋它。 （3）更科學(xué)的應(yīng)用生活中常見的儀器、物品． 二、重點、難點分析 1．重點是

2、掌握臨界角的概念和發(fā)生全反射的條件，折射角等于90°時的入射角叫做臨界角，當光線從光密介質(zhì)射到它與光疏介質(zhì)的界面上時，如果入射角等于或大于臨界角就發(fā)生全反射現(xiàn)象． 2．全反射的應(yīng)用，對全反射現(xiàn)象的解釋．光導(dǎo)纖維、自行車的尾燈是利用了全反射現(xiàn)象制成的；海市蜃樓、沙漠里的蜃景也是由于全反射的原因而呈現(xiàn)的自然現(xiàn)象． 三、教具 1．全反射現(xiàn)象演示儀，接線板，煙霧發(fā)生器，火柴，產(chǎn)生煙霧的煙霧源，半圓柱透明玻璃磚(半圓柱透鏡)，彎曲的細玻璃棒(或光導(dǎo)纖維)． 2．燒杯，水，蠟燭，火柴，試管夾、鍍鉻的光亮鐵球(可夾在試管夾上)． 3．自行車尾燈(破碎且內(nèi)部較完整)． 4．直尺 四、主要教學(xué)過程

3、 (一)引入新課 演示Ⅰ將光亮鐵球出示給學(xué)生看，在陽光下很刺眼，將光亮鐵球夾在試管夾上，放在點燃蠟燭上熏黑，（將試管夾和鐵球置于燭焰的內(nèi)焰進行熏制，一定要全部熏黑，再讓學(xué)生觀察．）然后將熏黑的鐵球浸沒在盛有清水的燒杯中，放在水中的鐵球變得比在陽光下更亮．好奇的學(xué)生誤認為是水泡掉了鐵球上黑色物質(zhì)，當老師把試管夾從水中取出時，發(fā)現(xiàn)熏黑的鐵球依然如故，再將其再放入水中時，出現(xiàn)的現(xiàn)象和前述一樣，學(xué)生大惑不解，讓學(xué)生帶著這個疑問開始學(xué)習(xí)新的知識——全反射現(xiàn)象． (二)新課教學(xué) 1． 全反射現(xiàn)象． （1）光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)． 光密介質(zhì)：對于兩種介質(zhì)來說，光在其中傳播速度較小的介質(zhì)，即絕對折射

4、率較大的介質(zhì)； 光疏介質(zhì)：對于兩種介質(zhì)來說，光在其中傳播速度較大的介質(zhì)，即絕對折射率較小的介質(zhì)。 光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是相對的．例如：水、空氣和玻璃三種物質(zhì)相比較，水對空氣來說是光密介質(zhì)，而水對玻璃來說是光疏介質(zhì)。 思考：光線由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(例如由空氣射入水)，折射角-----于入射角； 光線由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(例如由水射入空氣)，折射角-----于入射角。 （2）全反射現(xiàn)象 既然光線由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，折射角大于入射角，由此可以預(yù)料，當入射角增大到一定程度時，折射角就會增大到90°，如果入射角再增大，會出現(xiàn)什么情況呢？ 觀察實驗： 演示Ⅱ：將半圓柱透明玻璃

5、磚的半圓一側(cè)靠近激光光源一側(cè)，使直平面垂直光源與半圓柱透明玻璃磚中心的連線，點燃煙霧發(fā)生器中的煙霧源置于激光演示儀中，將接線板接通電源，打開激光器的開關(guān)．一束激光垂直于半圓柱透明玻璃磚的直平面入射，讓學(xué)生觀察．我們研究光從半圓柱透鏡射出的光線的偏折情況。此時入射角0°，折射角亦為零度，即沿直線透出；當入射角增大一些時，此時，會有微弱的反射光線和較強的折射光線，同時可觀察出反射角等于入射角，折射角大于入射角，隨著入射角的逐漸增大，反射光線就越來越強，而折射光線越來越弱，當入射角增大到某一角度，使折射角達到90°時，折射光線完全消失，只剩下反射光線． 光傳播到兩種介質(zhì)的界面上時，通常要同時發(fā)生反

6、射和折射現(xiàn)象，若滿足了某種條件，光線不再發(fā)生折射現(xiàn)象，而全部返回到原介質(zhì)中傳播的現(xiàn)象叫全反射現(xiàn)象． 那么滿足什么條件就可以產(chǎn)生全反射現(xiàn)象呢？ 2．發(fā)生全反射現(xiàn)象的條件． （1） 臨界角C．折射角等于90°時的入射角叫做臨界角，用符號C表示． 光從折射率為n的某種介質(zhì)射到空氣(或真空)時的臨界角C就是折射角等于90°時的入射角，根據(jù)折射定律可得： （2）發(fā)生全反射的條件． ①光從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)； ②入射角等于或大于臨界角． 思考：一束光線射到兩種介質(zhì)界面時，是否一定會發(fā)生全反射現(xiàn)象？（學(xué)生回答） 3．對全反射現(xiàn)象的解釋． (1)引入新課的演示實驗Ⅰ．被蠟燭熏黑的光亮

7、鐵球外表面附著一層未燃燒完全的碳蠟混和物，對水來說是不浸潤的，當該球從空氣進入水中時，在其外表面上會形成一層很薄的空氣膜，當有光線透過水照射到水和空氣界面上時，會發(fā)生全反射現(xiàn)象，而正對小球看過去會出現(xiàn)一些較暗的區(qū)域，這是入射角小于臨界角的區(qū)域，明白了這個道理再來看這個實驗，學(xué)生會有另一番感受． (2)讓學(xué)生觀察自行車尾燈．用燈光來照射尾燈時，尾燈很亮，也是利用全反射現(xiàn)象制成的儀器．在講完全反射棱鏡再來體會它的原理就更清楚了．可先讓學(xué)生觀察自行車尾燈內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，回想在夜間看到的現(xiàn)象．引導(dǎo)學(xué)生注意生活中的物理現(xiàn)象，用科學(xué)知識來解釋它，從而更好的利用它們?yōu)槿祟惙?wù)． (3)用激光演示儀的激光光源

8、演示光導(dǎo)纖維傳播光的現(xiàn)象，或用彎曲的細玻璃棒進行演示，配合作圖來解釋現(xiàn)象： 從細玻璃棒一端射進棒內(nèi)的光線，在棒的內(nèi)壁多次發(fā)生全反射，沿著鋸齒形路線由棒的另一端傳了出來，玻璃棒就像一個能傳光的管子一樣． 實際用的光導(dǎo)纖維是非常細的特制玻璃絲，直徑只有幾μm到100μm左右，而且是由內(nèi)心和外套兩層組成的，光線在內(nèi)心外套的界面上發(fā)生全反射，如果把光導(dǎo)纖維聚集成束，使其兩端纖維排列的相對位置相同，這樣的纖維就可以傳遞圖像． (4)向?qū)W生出示有關(guān)材料，讓學(xué)生閱讀大氣中的光現(xiàn)象——蒙氣差，海市蜃樓，沙漠里的蜃景． 例一．已知如圖1所示，介質(zhì)Ⅱ為空氣，介質(zhì)Ⅰ的折射率為，下列說法中正確的是[ ]．

9、A．光線a、b都不能發(fā)生全反射 B．光線a、b都能發(fā)生全反射 C．光線a發(fā)生全反射，光線b不發(fā)生全反射 D．光線a不發(fā)生全反射，光線b發(fā)生全反射 解析：根據(jù)發(fā)生全反射的條件，光從光密介質(zhì)射到光疏介質(zhì)中時，介質(zhì)Ⅰ對空氣Ⅱ來說是光密介質(zhì)，所以光線a可能發(fā)生全反射，介質(zhì)Ⅰ的臨界角為： 注意圖中光線a給的是與界面的夾角30°，而此時的入射角為60°＞45°，故光線a能發(fā)生全反射，故正確選擇答案為(C)． 例2? 如圖2所示，一束光線從空氣射入某介質(zhì)，入射光線與反射光線夾角為90°，折射光線與入射光線延長線間夾角為15°，求：(1)該介質(zhì)的折射率；(2)光在該介質(zhì)中傳播的速度；(3)

10、當光從介質(zhì)射入空氣時的臨界角． 解：根據(jù)題意入射光線與反射光線的夾角為90°，又根據(jù)光的反射定律，反射角等于入射角，即α=β=45°． 2022年高中物理 第四章4.3 認識光的全反射現(xiàn)象》教案 粵教版選修3-4 所以（1） （2） （3） C=45 (三)課堂小結(jié) 1．全反射現(xiàn)象是非常重要的光學(xué)現(xiàn)象之一，產(chǎn)生全反射現(xiàn)象的條件是：①光從光密介質(zhì)射到它與光疏介質(zhì)的界面上，②入射角等于或大于臨界角．這兩個條件都是必要條件，兩個條件都滿足就組成了發(fā)生全反射的充要條件． 2．全反射的應(yīng)用在實際生活中是非常多的．在用全反射的知識解釋時，特別要注意是否滿足兩

11、個條件．回答這類問題要注意邏輯推理，一般是依據(jù)條件要敘述清楚，根據(jù)要給充分，結(jié)論要簡明． 3．臨界角是幾何光學(xué)中一個非常重要的概念，但在高中階段不宜深入討論臨界角的情況． 五、教學(xué)說明 1．注意講清垂直入射到半圓柱透鏡的圓弧面上的光線不研究，只研究光線從半圓柱透鏡直平面上發(fā)生的反射、折射現(xiàn)象，這個演示實驗的現(xiàn)象應(yīng)讓學(xué)生做記錄，從而驗證在折射定律一節(jié)中提到的反射光線、折射光線隨入射角變化而變化的結(jié)論． 2．本節(jié)習(xí)題與問題解釋不要涉及具體的技術(shù)問題，也不要討論偏題、難題，只要達到讓學(xué)生理解臨界角和全反射現(xiàn)象就夠了． 小制作：能夠?qū)Ч獾乃鳎ㄈ瓷湓恚?讓學(xué)生課后討論并制作) 把小燈泡裝在試管里密封起來，下面系個鐵塊，然后放進大塑料瓶中。塑料瓶的瓶壁開一個直徑約2mm的小孔，用紙把塑料瓶包好，除了開孔處外，不使里面的光透出來。瓶中灌水，水從孔中流出，同時點亮燈泡，可以看到水流落地點比別處亮得多，如何解釋這個現(xiàn)象？ 解答：光線從水中進入水流，可以將水流看成是一條水光纜，而外面的空氣相對于水流就成了光疏介質(zhì)，光線在里面發(fā)生全反射，出不來，因此光線就沿著水流傳播，所以水流落地點比別處亮得多。