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(dǎo)纖維及其應(yīng)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(yīng)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(shè)計實驗時設(shè)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(yīng)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(shè)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(shè)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(yīng)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(yīng)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(fù)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(yīng)用——全反射棱鏡和光導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)纖維的原理及其應(yīng)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(yīng)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(yīng)的入射角為90，故B對；由n=可知θ2=30時對應(yīng)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(dǎo)纖維是利用光的全反射來傳輸光信號的。如圖所示，一光導(dǎo)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(yīng)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