2019-2020年高中物理 13.7 光的全反射教案 新人教版3-4.doc

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2019-2020年高中物理 13.7 光的全反射教案 新人教版3-4 【教學目標】 （一）知識與技能 1．知道什么是光疏介質(zhì)，什么是光密介質(zhì)。 2．理解光的全反射。 3．理解臨界角的概念，能判斷是否發(fā)生全反射，并能解決有關(guān)的問題。 4．知道全反射棱鏡、光導纖維及其應用。 （二）過程與方法 1．會定性畫出光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)或從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)時的光路圖。 2．會判斷是否發(fā)生全反射并畫出相應的光路圖。 3．會用全反射解釋相關(guān)的現(xiàn)象。 4．會計算各種介質(zhì)的臨界角。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 體會本節(jié)實驗中“讓入射光正對半圓形玻璃磚中心從曲面入射”是在設計實驗時設計者為突出主要矛盾而控制實驗條件達到略去次要矛盾的高明做法。 【教學重點】全反射條件，臨界角概念及應用。 【教學難點】臨界角概念、臨界條件時的光路圖及解題。 【教學方法】采用實驗觀察、猜想、印證、歸納的方法得出全反射現(xiàn)象的發(fā)生條件、臨界角概念等。 【教學用具】 光學演示儀（由激光發(fā)生器、帶量角度的豎直面板、半圓形玻璃磚等組合） 【教學過程】 （一）引入新課 讓學生甲到黑板前完成圖1及圖2兩幅光路圖（完整光路圖） 圖1 圖2 （估計學生甲畫圖時會遺漏反射光線） 師：光在入射到空氣和水的交界面處時，有沒有全部進入水中繼續(xù)傳播呢？ 生：有一部分被反射回去。 （學生甲補畫上反射光線） 師：很好。甲同學正確地畫出了光從空氣進入水中時的折射角… 生：小于入射角。 師：光從水中進入空氣時，折射角… 生：大于入射角。 師：對。那么如果兩種介質(zhì)是酒精和水呢？請乙同學到前面來完成光路圖。 圖3 圖4 學生乙順利完成兩圖。 （二）進行新課 1．光密介質(zhì)和光疏介質(zhì) （1）給出光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)概念。 （2）讓學生指出圖1中的光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)，再指出圖2中的光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)。讓學生自己體會出一種介質(zhì)是光密介質(zhì)還是光疏介質(zhì)其實是相對的。 （3）（投影片出示填空題） 光從光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)，折射角________入射角；光從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)，折射角________入射角。 （本題讓學生共同回答） 2．全反射 （設置懸念，誘發(fā)疑問） 圖5 師：在圖2和圖3中，折射角都是大于入射角的。設想，當入射角慢慢增大時，折射角會先增大到90，如果此時我們再增大入射角，會怎么樣呢？ （這時可以讓學生自發(fā)議論幾分鐘） 生甲：對著圖2說，可能折射到水中吧？。 師：可能會出現(xiàn)圖5這種情況嗎？ （其余學生有的點頭，有的猶疑） 生乙：應該沒有了吧？ 生丙：最好做實驗看看。 師：好，那就讓我們來做實驗看看。 （1）出示實驗器材，介紹實驗。 圖8 圖7 師：半圓形玻璃磚可以繞其中心O在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動如圖6所示，入射光方向不變始終正對O點入射。 圖6 （2）請學生畫出圖7中光線到達界面Ⅰ時的反射和折射光路。 學生丙畫出了圖8中的光路圖。 ［教師點撥］入射點A處曲面的法線是怎樣的？想一想法線的性質(zhì)是什么？ 生：和界面垂直。 圖10 師：如果界面是曲面呢？應和該處曲面的切面垂直，再啟發(fā)學生想想圓上每一點的切線和該點半徑的關(guān)系，學生悟出A處的法線就是OA. 進而畫出正確的光路圖如圖9。 圖9 （3）讓學生畫出光線入射到界面Ⅱ時的反射光路和折射光路。 （學生順利完成圖10） （4）觀察實驗 師：現(xiàn)在我們來研究光入射到界面Ⅱ時所發(fā)生的反射和折射現(xiàn)象。 轉(zhuǎn)動玻璃磚，讓光線在界面Ⅱ處的入射角漸增。 ［問］你們看到了什么現(xiàn)象？ 生甲：入射角增大，反射角和折射角都增大。 生乙：反射光越來越亮，折射光越來越暗。 繼續(xù)轉(zhuǎn)動玻璃磚，學生看到當折射角趨于90時，折射光線已經(jīng)看不見了，只剩下反射光線。繼續(xù)轉(zhuǎn)動玻璃磚，增大入射角，都只有反射光線。 （學生恍然大悟） 師：什么結(jié)果？ 生：折射角達到90時，折射光線沒有了，只剩下反射光線。 師：這種現(xiàn)象就叫全反射。 3．發(fā)生全反射的條件 （1）臨界角C ［要求學生根據(jù)看到的現(xiàn)象歸納］ （學生討論思考） 生甲：入射角要大于某一個值。 師：對，我們把這“某一值”稱為臨界角，用字母C表示。 重復實驗至折射角恰等于90時停止轉(zhuǎn)動玻璃磚。讓前面的學生讀出此時的入射角即臨界角C約為42左右。 師：后面的學生看不見讀數(shù)，那我現(xiàn)在告訴你們這種玻璃的折射率n=1.5，請你們算出這種玻璃的臨界角。（學生覺得無從下手） ［教師啟發(fā)］想想當入射角等于臨界角C時，折射角多大？ 學生領(lǐng)會，列出算式：=n 師：這樣對嗎？錯在哪兒？ 生甲：光不是從空氣進入玻璃。 師：對了。你們自己改正過來。 學生列出正確計算式：=sinC= 代入n算得結(jié)果與實驗基本相符。 教師點明臨界角的計算公式：sinC= （2）發(fā)生全反射的條件 師：毫無疑問，入射角大于等于臨界角是條件之一，還有其他條件嗎？ 生乙：光從玻璃進入空氣。 師：可以概括為… 生：光從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)。 師：很好，記住，是兩個條件，缺一不可。 ［投影例題］教材74頁。 師生一起分析解決問題。 4．全反射的應用——全反射棱鏡和光導纖維 （1）學生閱讀課本有關(guān)內(nèi)容。 （2）教師補充介紹有關(guān)光纖通信的現(xiàn)狀和前景。 圖11 （3）演示課本光纖實驗，不過改用前面實驗中的激光束來做，效果很好。 （4）輔助練習［投影片］ 如圖11表示光在光導纖維中的傳播情況，纖維為圓柱形，由內(nèi)芯和涂層兩部分構(gòu)成.內(nèi)芯為玻璃，折射率為n0；涂層為塑料，折射率為n1，且n1＜n0.光從空氣射入纖維與軸線成θ角.光線在內(nèi)芯側(cè)壁上發(fā)生多次全反射后至纖維的另一端射出。若內(nèi)芯的折射率n0=1.5，涂層的折射率n1=1.2，求入射角θ最大不超過多少度光線才能在內(nèi)芯壁上發(fā)生全反射。 參考答案：64.16 （三）課堂總結(jié)、點評 本節(jié)課我們學習的知識主要有 1．光密介質(zhì)和光疏介質(zhì) 2．光的全反射 ［CAI課件］動態(tài)展示加文字說明： （1）光在入射到兩種介質(zhì)的交界面處時，通常一部分光被反射回原來的介質(zhì)，另一部分光進入第 Ⅱ種介質(zhì)并改變了傳播方向。 圖12 （2）當光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，當入射角等于或大于臨界角時，光全部被反射回原介質(zhì)中去，稱做全反射現(xiàn)象。 （3）當折射角增大到90時的入射角稱為臨界角C（參考圖12）。 3．全反射棱鏡，、光導纖維的原理及其應用。 （四）課余作業(yè) 完成P77“問題與練習”的題目。 附：課后訓練 1．關(guān)于全反射，下列敘述正確的是 （ ） A．發(fā)生全反射時仍有折射光線，只是折射光線非常弱 B．光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時一定會發(fā)生全反射現(xiàn)象 C．光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時可能不發(fā)生全反射現(xiàn)象 D．光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 答案：C 2．光在某種介質(zhì)中的傳播速度為1.5108 m/s，則光從此介質(zhì)射向真空時發(fā)生全反射的臨界角是 （ ） A．15 B．30 C．45 D．60 解析：由n=可得該介質(zhì)的折射率n=2，再由sinC=得sinC=，故臨界角C=30。 答案：B 3．有兩種介質(zhì)，甲介質(zhì)對空氣的臨界角為60，乙介質(zhì)對空氣的臨界角為45，則它們相比較，______介質(zhì)是光疏介質(zhì)，光從______介質(zhì)射向______介質(zhì)時有可能發(fā)生全反射。 答案：甲 乙 甲 4．玻璃的臨界角為42，如果玻璃中有一束光線射向空氣，入射角略小于42，則在空氣中折射角一定略小于 （ ） A．27 B．42 C．48 D．90 答案：D 5．一束光從空氣射向折射率n=的某種玻璃表面，下列說法正確的是 （ ） A．入射角大于45時，會發(fā)生全反射現(xiàn)象 B．無論入射角多大，折射角都不超過45 C．欲使折射角等于30，應以45入射角入射 D．當入射角等于arctan時，反射光線和折射光線垂直 解析：光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時才有可能發(fā)生全反射，故A錯；光由空氣射向玻璃時，45的折射角對應的入射角為90，故B對；由n=可知θ2=30時對應的入射角θ1=45，故C對；由入射角θ1=arctan可知tanθ1=，即=，再由折射率n==可得sinθ2=cosθ1，即θ1＋θ2=90，故D對. 答案：BCD 6．光導纖維是利用光的全反射來傳輸光信號的。如圖所示，一光導纖維內(nèi)芯折射率為n1，外層折射率為n2，一束光信號與界面夾角由內(nèi)芯射向外層，要在界面發(fā)生全反射，必須滿足的條件是 （ ） A．n1＞n2，小于某一值 B．n1＜n2，大于某一值 C．n1＞n2，大于某一值 D．n1＜n2，小于某一值 解析：要使光信號在內(nèi)芯與外層的界面上發(fā)生全反射，必須讓內(nèi)芯的折射率n1大于外層的折射率n2，同時入射角須大于某一值，故應小于某一值。 答案：A 7．為了測定某種材料制成的長方體的折射率，用一束光線從AB面以60入射角射入長方體時剛好不能從BC射出，如圖所示。該材料的折射率是______。 解析：光線剛好不能從BC面射出，意味著光線對BC面的入射角剛好為臨界角C，對AB面，n=sin60/sin（90－C），對BC面，n=，解得n=/2。 答案：/2 8．某人在水面上游泳，看見水底發(fā)光體在正下方，當他向前游了2 m時恰好看不見發(fā)光體。求發(fā)光體距水面的深度。（n水=4/3） 解析：如圖所示，由于全反射，發(fā)光體發(fā)出的光僅能照亮以2 m為半徑的圓形水面。 由幾何關(guān)系得：sinC= 又有sinC=，故= h≈1.76 m. 答案：1.76 m