高中人教物理選擇性必修一4.2 全反射（教學(xué)設(shè)計(jì)）同步備課

1、第四章光第2節(jié)全反射本節(jié)課程是高中物理光學(xué)部分的一個(gè)重點(diǎn)，也是難點(diǎn)，學(xué)習(xí)全反射的內(nèi)容涉及直線傳播、反射、折射的知識(shí)，從本質(zhì)上進(jìn)一步理解和應(yīng)用折射定律和折射率，讓學(xué)生有效體會(huì)和熟練應(yīng)用光路可逆知識(shí)解決光的傳播問題。所以全反射既是新知識(shí)的學(xué)習(xí)，又是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的鞏固和深化?！疚锢碛^念】知道全反射現(xiàn)象揭示了光路的可逆性，本質(zhì)是光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，折射角大于等于90的一種物理現(xiàn)象。【科學(xué)思維】了解全反射現(xiàn)象的本質(zhì)，知道發(fā)生全反射現(xiàn)象的條件，并能夠?qū)ο鄳?yīng)物理問題進(jìn)行定性分析與定量運(yùn)算?！究茖W(xué)探究】通過觀看演示視頻，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中探索事物的本質(zhì)，學(xué)生分組對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，得出發(fā)生全反射的條件

2、，知道臨界角的概念及物理意義?！究茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任】讓學(xué)生發(fā)掘大自然中的物理現(xiàn)象，領(lǐng)略物理之美；體會(huì)生活中處處蘊(yùn)含物理知識(shí)，物理就在身邊，從而進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。【教學(xué)重點(diǎn)】臨界角的概念及表達(dá)式、全反射的條件、全反射的應(yīng)用；【教學(xué)難點(diǎn)】全反射的條件、全反射的應(yīng)用?！疽胄抡n】全反射現(xiàn)象 沙漠蜃景 海市蜃樓全反射的應(yīng)用 全反射棱鏡 光纖通信(光纜)想一想：水中的氣泡看上去特別明亮，這是為什么呢？【進(jìn)行新課】探究點(diǎn)一、全反射光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)光疏介質(zhì):兩種介質(zhì)中折射率較小的介質(zhì)叫做光疏介質(zhì).光密介質(zhì):兩種介質(zhì)中折射率較大的介質(zhì)叫做光密介質(zhì).幾種常見物質(zhì)的折射率玻璃相對(duì)于水是光密介質(zhì)玻璃相對(duì)于

3、金剛石是光疏介質(zhì)注意： “光密介質(zhì)”和“光疏介質(zhì)” 是相對(duì)而言的，對(duì)其界定是以折射率為依據(jù)的。 光由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，如果入射角不斷增大，使折射角增大到 90 時(shí)，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？想一想：觀察全反射現(xiàn)象如圖 讓光沿著半圓形玻璃磚的半徑射到它的平直的邊上，在這個(gè)邊與空氣的界面上會(huì)發(fā)生反射和折射。逐漸增大入射角，觀察反射光線和折射光線的變化。觀察全反射現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象隨著入射角的逐漸增大的過程中折射角逐漸增大 ；折射光線亮度逐漸減弱；反射角逐漸增大；反射光線亮度逐漸增強(qiáng)； 當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí)，折射光線消失，所有光線全部反射。全反射的定義全反射：當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，入射角逐漸增大到

4、某一角度，光線全部被反射回原光密介質(zhì)的現(xiàn)象。 臨界角：當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，折射角等于900角時(shí)的入射角叫做臨界角。用C表示。發(fā)生全反射的條件（1）光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；（2）入射角等于或大于臨界角；臨界角C的大小由折射率可得：臨界角的正弦值：思考與討論：由于不同介質(zhì)的折射率不同，在光從介質(zhì)射入空氣（真空）時(shí)，發(fā)生全反射的臨界角是不一樣的。怎樣計(jì)算光從折射率為 n 的某種介質(zhì)射入空氣（真空）發(fā)生全反射時(shí)的臨界角 C ？計(jì)算時(shí)可以先考慮圖 的情形：光以接近 90的入射角從空氣射入介質(zhì)，求出這時(shí)的折射角。根據(jù)光路可逆的道理，也就知道光從介質(zhì)射入空氣時(shí)發(fā)生全反射的臨界角了不同介質(zhì)的臨界角

5、探究點(diǎn)二、全反射棱鏡玻璃棱鏡的截面為等腰直角三角形，當(dāng)光從圖中所示的方向射入玻璃時(shí)，由于光的方向與玻璃面垂直，光線不發(fā)生偏折。但在玻璃內(nèi)部，光射向玻璃與空氣的界面時(shí)，入射角大于臨界角，發(fā)生全反射。與平面鏡相比，它的反射率高，幾乎可達(dá) 100%。這種棱鏡在光學(xué)儀器中可用來改變光的方向。全反射棱鏡全反射棱鏡提高反射率 雙筒望遠(yuǎn)鏡中的全反射棱鏡探究點(diǎn)三、光導(dǎo)纖維1966 年，33 歲的華裔科學(xué)家高錕提出：光通過直徑僅幾微米的玻璃纖維就可以用來傳輸大量信息。高錕因此獲得 2009 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。根據(jù)這一理論制造的光導(dǎo)纖維（optical fiber）已經(jīng)普遍應(yīng)用到通信領(lǐng)域。這其中就用到了全反射原理

6、。 高錕（1933-2018）想一想：觀察光在彎曲的有機(jī)玻璃棒中傳播的路徑如圖 激光筆發(fā)出的光射入一根彎曲的有機(jī)玻璃棒的一端，觀察光傳播的路徑有什么特點(diǎn)。當(dāng)光在有機(jī)玻璃棒內(nèi)傳播時(shí)，如果從有機(jī)玻璃射向空氣的入射角大于臨界角，光會(huì)發(fā)生全反射，于是光在有機(jī)玻璃棒內(nèi)沿著鋸齒形路線傳播。這就是光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理。實(shí)用光導(dǎo)纖維的直徑只有幾微米到一百微米。因?yàn)楹芗?xì)，一定程度上可以彎折。它由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射 如果把光導(dǎo)纖維聚集成束，使纖維在兩端排列的相對(duì)位置一樣，圖像就可以從一端傳到另一端（圖 1）。 醫(yī)學(xué)上用這種光纖制成內(nèi)窺鏡（圖 2）用來檢

7、查人體胃、腸、氣管等臟器的內(nèi)部。 實(shí)際的內(nèi)窺鏡裝有兩組光纖，一組把光傳送到人體內(nèi)部進(jìn)行照明，另一組把體內(nèi)的圖像傳出供醫(yī)生觀察。 光也可以像無線電波那樣，作為載體來傳遞信息。載有聲音、圖像以及各種數(shù)字信號(hào)的激光從光纖的一端輸入，就可以傳到千里以外的另一端，實(shí)現(xiàn)光纖通信 圖一 圖二光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維的用途很大，醫(yī)學(xué)上將其制成內(nèi)窺鏡，用來檢查人體內(nèi)臟的內(nèi)部。 實(shí)際的內(nèi)窺鏡裝有兩組光纖，一組把光傳送到人體內(nèi)部進(jìn)行照明，另一組把體內(nèi)的圖像傳出供醫(yī)生觀察。光導(dǎo)纖維的用途很大，通過它可以實(shí)現(xiàn)光纖通信。光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)是容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng)。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。雖然光纖

8、通信的發(fā)展歷史只有20多年的，但是發(fā)展的速度是驚人的。 光纖做一做水流導(dǎo)光將塑料瓶下側(cè)開一個(gè)小孔，瓶中灌入清水，水就從小孔流出。用激光水平射向塑料瓶小孔（圖激光可由激光筆產(chǎn)生），觀察光的傳播路徑。 水流導(dǎo)光原理：和光導(dǎo)纖維（光纖）是一個(gè)原理，光在從一種介質(zhì)到另一種介質(zhì)中的時(shí)候會(huì)發(fā)生反射和折射，使得光在介質(zhì)內(nèi)部多次反射最終從另一個(gè)方向投射出來。課堂重點(diǎn)知識(shí)小結(jié)隨堂練習(xí)例1(多選)已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分別為1.33、1.55、1.60和1.63,如果光按以下幾種方式傳播,可能發(fā)生全反射的是()A.從玻璃射入水晶B.從水射入二硫化碳C.從玻璃射入水中D.從水晶射入水E.從玻璃射入二硫

9、化碳【答案】：A、C、D【解析】：發(fā)生全反射的條件之一是光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì),光密介質(zhì)折射率較大,光疏介質(zhì)折射率較小,故A、C、D正確。例2、(多選)關(guān)于全反射,下列說法正確的是()A.光只有從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)才可能發(fā)生全反射現(xiàn)象B.光只有從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)才可能發(fā)生全反射現(xiàn)象C.光只有從折射率大的介質(zhì)射向折射率小的介質(zhì)時(shí)才可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D.光只有從折射率小的介質(zhì)射向折射率大的介質(zhì)時(shí)才可能發(fā)生全反射現(xiàn)象【答案】：A、C【解析】：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí),若入射角大于或等于臨界角,會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象;光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí),不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象,A正確,B錯(cuò)誤;光只有從折射率大的介質(zhì)射向折射率小的介質(zhì)時(shí),才可能發(fā)生全反射現(xiàn)象,C正確,D錯(cuò)誤。例3、(多選)如圖所示,ABCD是兩面平行的透明玻璃磚,AB面和CD面是玻璃和空氣的界面,分別設(shè)為界面和界面。光線從界面射入玻璃磚,再從界面射出回到空氣中。如果改變光到達(dá)界面時(shí)的入射角,則()A.只要入射角足夠大,光線在界面上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象B.只要入射角足夠大,光線在界面上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象C.不管入射角多大,光線在界面上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D.不管入射角多大,光線在界面上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象【答案】：C、D【解析】：在界面光由空氣進(jìn)入玻璃磚,是