（2021新人教版）高中物理选修性必修第一册4.2全反射 教案.docx

1、1 / 11 全反射全反射 【教学目标】【教学目标】 一、知识与技能一、知识与技能 1知道什么是光疏介质和光密介质及相对性。 2掌握临界角的概念和发生全反射的条件。 3了解全反射现象的应用。 4通过实验培养学生的观察能力，概括出发生全反射的条件，培养学生的观察、 概括能力。 二、过程与方法二、过程与方法 1通过实验设计和动手操作，经历科学探究的过程。 2通过演示实验，学会科学的实验方法实验探究法。 三、情感、态度与价值观三、情感、态度与价值观 1 从对生活中有关物理现象的观察，渗透在探究过程中体验解决问题的成功喜悦， 激发学生探索自然规律的兴趣。 2通过互动实验，培养学生探究科学知识的兴趣和实

2、事求是的科学态度。 3通过全反射现象的应用，培养学生运用科学理论观察分析周围事物的习惯。 【教学重点】【教学重点】 探究全反射现象；理解临界角的概念和全反射条件。 【教学难点】【教学难点】 全反射在实际中的运用。 2 / 11 【教学过程】【教学过程】 一、复习提问、新课导入一、复习提问、新课导入 演示实验：奇妙的“光镀” 。 将小球放入试管中，然后将试管斜插入盛水的玻璃缸中，从水面上方观察水中的试 管， 与在空气中的试管有什么区别？能看到小球吗？向试管中注入清水，又会看到什么 现象？ 演示与现象：先将小球入试管，展示给学生看，能看清试管中的小球。当试管斜插 入水中时，试管内壁好像镀了一层银，

3、小球不见了。再往试管中注入清水，小球又重新 显现。 学生通过观察奇妙的现象，提高学习兴趣，激发求知欲。 二、新课教学二、新课教学 （一）光密介质和光疏介质 1知识回顾（光的折射） ：? ?im? ?im?、? ? ? 情景：一束光线以相同的入射角?从空气射入介质 1 和介质 2 时，若?，则介 质 1 的折射率?和介质 2 的折射率?满足：?_?。 引出新概念：对于两种介质来说，我们把折射率较小的介质称为光疏介质，折射率 较大的介质称为光密介质。 光疏介质与光密介质是相对的。例如：水、酒精和玻璃三种物质相比较，酒精对水 来说是光密介质，而酒精对玻璃来说是光疏介质。根据折射定律可知，光线由光疏介

4、质 3 / 11 射入光密介质时（例如由空气射入水） ，折射角小于入射角；光线由光密介质射入光疏 介质（例如由水射入空气） ，折射角大于入射角。 （二）全反射 1发生全反射现象的条件 （1）问题讨论：光线从空气透过半圆形玻璃砖再射入空气，下列光路图中可能正 确的是： （） 学生讨论后请一学生回答并说明理由。 引导学生思考：对 C 图，若增大入射角，则折射角和入射角哪个先达到 90，当 折射角达到 90时会发生什么现象，此时继续增大入射角，又会看到什么现象？ （2）实验探究 演示实验 实验（一） ：将半圆形玻璃砖的半圆一侧靠近激光光源一侧，开始时激光垂直于半 圆形玻璃砖的直平面（通过圆心）入射，

5、此时入射角 0，折射角亦为 0，即沿直线 透出，当入射角增大时，让学生观察发生的现象。 实验（二） ：将半圆形玻璃砖的直平面一侧靠近激光光源一侧，开始时激光垂直于 半圆形玻璃砖的直平面（通过圆心）入射，光从空气入射到半圆形玻璃砖，在增大入射 角，让学生观察发生的现象。 4 / 11 提醒学生仔细观察，关注折射角和反射角与入射角的大小关系，折射光线、反射光 线亮度的如何变化。 现象：实验（一）中，当入射角增大到某一值时，折射光线消失。此时继续增大入 射角时，只有反射光线，没有折射光线。 引出概念： 临界角 C：折射角等于 90时的入射角。 全反射：当光从一种介质射入另一种介质，入射角增大到某一角

6、度，折射光完全消 失，只剩反射光的现象。 问题讨论： 实验（一）中，折射光线是突然消失还逐渐消失？随着入射角增大，反射光和折射 光的亮度分别发生怎样的变化？能否从能量守恒的角度加以解释。 在实验（二）中，随着入射角的增大，会发生全反射现象吗？为什么？ 能否通过上述实验归纳出发生全反射的条件？ 学生讨论后请一学生回答。 教师引导学生重点分析实验（一）中会发生全反射，而实验（二）不会发生全反射 的原因。 学生分析：实验（一）光从玻璃射入空气时，折射角大于入射角，当入射角增大时， 折射角先达到 90，此后折射光线消失，发生全反射。此过程折射光的亮度逐渐减弱， 根据能量守恒，反射光的亮度逐渐变强；实验

7、（二）中光从空气射入玻璃，折射角小于 入射角，入射角先达到 90，不可能发生全反射。 实验结论： 通过对比，从而总结出发生全反射的条件： 光从光密介质射入光疏介质； 5 / 11 入射角大于或等于临界角。 2临界角 C 与折射率 n 的关系 提出问题：临界角的大小可能与什么因素有关呢？ 引导学生猜想： （1）在刚才的实验中如果将玻璃换成水，临界角会一样吗？ （2）如果临界角与介质有关，那么是与介质的什么性质有关呢？（光学性质） （3）什么物理量反映介质的光学性质呢？（折射率 n） 启发学生利用恰好发生全反射的光路图（如右图）和折射率的定义式来寻找临界角 C 与介质折射率的关系。 学生推导： ?

8、 sin90 sin? ? sin? sin? ? ? 可见， 临界角的正弦值与介质的折射率成反比， 即介质的折射率越大， 临界角越小。 （三）问题研究，深化理解 1.问题（一） ：在水面下方某一深度处有一个点光源，从水面上看，它照亮水面的 几何形状是_形。当光源在水中上升时，该形状的面积将_（变大、变小或 不变） 。 学生先分析讨论，并适时引导学生分析。 教师引导：从题意看，水面被照亮的部分是一个有限的区域，即有部分光无法射出 水面，那么哪些光无法射出水面，为什么？要知道被照亮的水面的形状，应尝试画出光 路图帮助分析。 6 / 11 （1）理论分析： 请一学生上台板画，并加以解释。 学生分析

9、： 光源发出的射向水面的光线中， 入射点离中心越远的光线的入射角越大， 当入射角临界角 C 时发生全反射， 如图所示， 只有以 R 为半径的圆形区域有折射光线， 圆形区域以外的区域没有折射光线。由于tan? ? ?，当光源在水中上升时，h 减小，R 随之减小，即亮斑面积减小。 （2）实验验证：将发光的小灯置于盛水的玻璃缸底，为了增加可视性在水面洒痱 子粉，可看到水面形成一圆形亮斑，提升发光的小灯泡，亮斑变小。 2.问题（二） ：能否利用一块圆形的泡沫塑料板和一根细杆测定水的折射率？需要 测量哪些物理量？尝试做一做。 教师提示：折射率与临界角有关系，只要知道了临界角，就可知道折射率。 学生分组讨

10、论，引导学生设计实验方案，实验步骤，分析需测量的物理量，结合上 一题的演示实验，画出光路图。 请一学生画出光路图，并介绍实验方案：将细杆从圆形泡沫塑料板的圆心垂直板面 缓慢插入，眼睛从水面上方往下看，当杆的尖端恰能被看到时停止插入。细杆尖端相当 于一个光源，它发出的射向水面塑料板边缘处的光线恰好发生了全反射，圆形泡沫塑料 板面积相当于上题中被光源照亮的区域，细杆在水中的长度相当于光源的深度，故只要 测出圆形泡沫塑料板的半径 R 和细杆在水中的长度 h，即可求得不的折射率。 ? ? sin? ? ? ? ? ? ? ? 学生分组实验测出 R 和 h，由于计算较繁琐，数据处理留在课后进行。 （四）

11、全反射的应用 1.光导纤维 7 / 11 播放视频：光导纤维（介绍光导纤维的结构、制作、应用及光纤通信的优点等。 ） （1）光纤通信的主要优点：容量大、衰减小、抗干扰性强。 （2）光纤中的内芯折射率 n1和外套折射率 n2的关系：n1n2 介绍美籍华裔科学家高锟“光纤之父” ，由于在光纤通信方向的卓越贡献，被 授以 2009 年度诺贝尔物理学奖。 2.全反射棱镜： （截面为等腰直角三角形的棱镜） （1）全反射的应用：让学生列举日常生活中常见的全反射的应用实例：自行车尾 灯、潜望镜、望远镜等。 （2）分析棱镜反射和利用一般平面镜反射的异同，指出棱镜反射的优点。 全反射棱镜优越性：光的强度不变，反

12、射率高，接近达到 100%，成像失真小。 （五）学以致用 问题 1：为什么水中的气泡看起来特别明亮？ 学生思考后回答：水中的气泡看起来特别明亮，是因为光线从水中射向气泡时，一 部分光在界面上发生了全反射，所以看起来特别明亮，如下甲图所示。 甲乙丙 问题 2：解释奇妙的“光镀” 8 / 11 引导学生思考： （1）为什么试管斜插入水中后，从水面上方看水中的试管特别明亮，为什么看不 到小球了（如图乙）？ （学生：发生了全反射，全反射光特别强烈，小球经玻璃和水折射的光相对较弱， 故小球看不到。 ） （2）是在水与玻璃的界面还是在玻璃与空气的界面发生了全反射？ （学生：在玻璃与空气的界面发生了全反射）

13、 （3）试管中注入清水后，为什么试管中的小球重现（如图丙）？ （学生：试管中注入清水后排出空气，不再发生全反射，小球发出的光线经玻璃和 水折射进入人的眼睛，故能清晰看到试管中的小球。 ） 【课后练习】【课后练习】 1关于全反射，下列叙述正确的是（） A发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非常弱 B光从光密介质射向光疏介质时一定会发生全反射现象 C光从光密介质射向光疏介质时可能不发生全反射现象 D光从光疏介质射向光密介质时可能发生全反射现象 答案：C 2 光在某种介质中的传播速度为 1.510 8m/s，则光从此介质射向真空时发生全反 射的临界角是（） A15B30C45D60 解析：由 n=

14、? ?可得该介质的折射率 n=2，再由 sinc= ? ?得 sinc= ? ?，故临界角 C=30。 9 / 11 答案：B 3有两种介质，甲介质对空气的临界角为 60，乙介质对空气的临界角为 45， 则它们相比较，_介质是光疏介质，光从_介质射向_介质时有可能发生 全反射。 答案：甲乙甲 4玻璃的临界角为 42，如果玻璃中有一束光线射向空气，入射角略小于 42， 则在空气中折射角一定略小于（） A27B42C48D90 答案：D 5一束光从空气射向折射率 n= ?的某种玻璃表面，下列说法正确的是（） A入射角大于 45时，会发生全反射现象 B无论入射角多大，折射角都不超过 45 C欲使折射

15、角等于 30，应以 45入射角入射 D当入射角等于 arctan ?时，反射光线和折射光线垂直 解析：光由光密介质射向光疏介质时才有可能发生全反射，故 A 错；光由空气射向 玻璃时，45的折射角对应的入射角为 90，故 B 对；由 n=sin? sin?可知?=30时对应的 入射角?=45，故 C 对；由入射角?=arctan ?可知 tan?= ?，即sin? cos?= ?，再由折 射率 n=sin? sin?= ?可得sin?=cos?，即?=90，故 D 对。 答案：BCD 6光导纤维是利用光的全反射来传输光信号的。如图所示，一光导纤维内芯折射 率为 n1，外层折射率为 n2，一束光信

16、号与界面夹角由内芯射向外层，要在界面发生全 反射，必须满足的条件是（） 10 / 11 An1n2，小于某一值 Bn1n2，大于某一值 Cn1n2，大于某一值 Dn1n2，小于某一值 解析：要使光信号在内芯与外层的界面上发生全反射，必须让内芯的折射率 n1大 于外层的折射率 n2，同时入射角须大于某一值，故应小于某一值。 答案：A 7为了测定某种材料制成的长方体的折射率，用一束光线从 AB 面以 60入射角 射入长方体时刚好不能从 BC 射出，如图所示。该材料的折射率是_。 解析：光线刚好不能从 BC 面射出，意味着光线对 BC 面的入射角刚好为临界角 C， 对 AB 面，n=sin60/sin（90C） ，对 BC 面，? ? sinC，解得 n ? ? 。 答案： ? ? 8某人在水面上游泳，看见水底发光体在正下方，当他向前游了 2m 时恰好看不见 发光体。求发光体距水面的深度。 （n 水=4/3） 解析： 如图所示， 由于全反射， 发光体发出的光仅能照亮以 2 m 为半径的圆形水面。 11 / 11 由几何关系得：sinC= ? ? 又有 sinC=? ?，故 ? ? ? ? h1.76m。 答案：1.76m