高中物理人教必修一(教案)全反射

1、8/8全反射【教學(xué)目標(biāo)】一、知識(shí)與技能1知道什么是光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)及相對(duì)性。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。4通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，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。二、過程與方法1通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和動(dòng)手操作，經(jīng)歷科學(xué)探究的過程。2通過演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)探究法。三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀1從對(duì)生活中有關(guān)物理現(xiàn)象的觀察，滲透在探究過程中體驗(yàn)解決問題的成功喜悅，激發(fā)學(xué)生探索自然規(guī)律的興趣。2通過互動(dòng)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生探究科學(xué)知識(shí)的興趣和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。3通過全反射現(xiàn)象的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)理論觀察分析周圍事物的習(xí)慣?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】探究全反

2、射現(xiàn)象；理解臨界角的概念和全反射條件?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】全反射在實(shí)際中的運(yùn)用?！窘虒W(xué)過程】一、復(fù)習(xí)提問、新課導(dǎo)入演示實(shí)驗(yàn)：奇妙的“光鍍”。將小球放入試管中，然后將試管斜插入盛水的玻璃缸中，從水面上方觀察水中的試管，與在空氣中的試管有什么區(qū)別？能看到小球嗎？向試管中注入清水，又會(huì)看到什么現(xiàn)象？演示與現(xiàn)象：先將小球入試管，展示給學(xué)生看，能看清試管中的小球。當(dāng)試管斜插入水中時(shí)，試管內(nèi)壁好像鍍了一層銀，小球不見了。再往試管中注入清水，小球又重新顯現(xiàn)。學(xué)生通過觀察奇妙的現(xiàn)象，提高學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)求知欲。二、新課教學(xué)（一）光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)1知識(shí)回顧（光的折射）：n=sinisinr、n=cv情景：一束光線以相同

3、的入射角1從空氣射入介質(zhì)1和介質(zhì)2時(shí)，若23，則介質(zhì)1的折射率n1和介質(zhì)2的折射率n2滿足：n1_n2。引出新概念：對(duì)于兩種介質(zhì)來說，我們把折射率較小的介質(zhì)稱為光疏介質(zhì)，折射率較大的介質(zhì)稱為光密介質(zhì)。光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)是相對(duì)的。例如：水、酒精和玻璃三種物質(zhì)相比較，酒精對(duì)水來說是光密介質(zhì)，而酒精對(duì)玻璃來說是光疏介質(zhì)。根據(jù)折射定律可知，光線由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(shí)（例如由空氣射入水），折射角小于入射角；光線由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)（例如由水射入空氣），折射角大于入射角。（二）全反射1發(fā)生全反射現(xiàn)象的條件（1）問題討論：光線從空氣透過半圓形玻璃磚再射入空氣，下列光路圖中可能正確的是：（ ）學(xué)生討論后請(qǐng)

4、一學(xué)生回答并說明理由。引導(dǎo)學(xué)生思考：對(duì)C圖，若增大入射角，則折射角和入射角哪個(gè)先達(dá)到90，當(dāng)折射角達(dá)到90時(shí)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象，此時(shí)繼續(xù)增大入射角，又會(huì)看到什么現(xiàn)象？（2）實(shí)驗(yàn)探究演示實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)（一）：將半圓形玻璃磚的半圓一側(cè)靠近激光光源一側(cè)，開始時(shí)激光垂直于半圓形玻璃磚的直平面（通過圓心）入射，此時(shí)入射角0，折射角亦為0，即沿直線透出，當(dāng)入射角增大時(shí)，讓學(xué)生觀察發(fā)生的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)（二）：將半圓形玻璃磚的直平面一側(cè)靠近激光光源一側(cè)，開始時(shí)激光垂直于半圓形玻璃磚的直平面（通過圓心）入射，光從空氣入射到半圓形玻璃磚，在增大入射角，讓學(xué)生觀察發(fā)生的現(xiàn)象。提醒學(xué)生仔細(xì)觀察，關(guān)注折射角和反射角與入射角的大小關(guān)系

5、，折射光線、反射光線亮度的如何變化?，F(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)（一）中，當(dāng)入射角增大到某一值時(shí)，折射光線消失。此時(shí)繼續(xù)增大入射角時(shí)，只有反射光線，沒有折射光線。引出概念：臨界角C：折射角等于90時(shí)的入射角。全反射：當(dāng)光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)，入射角增大到某一角度，折射光完全消失，只剩反射光的現(xiàn)象。問題討論：實(shí)驗(yàn)（一）中，折射光線是突然消失還逐漸消失？隨著入射角增大，反射光和折射光的亮度分別發(fā)生怎樣的變化？能否從能量守恒的角度加以解釋。在實(shí)驗(yàn)（二）中，隨著入射角的增大，會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象嗎？為什么？能否通過上述實(shí)驗(yàn)歸納出發(fā)生全反射的條件？學(xué)生討論后請(qǐng)一學(xué)生回答。教師引導(dǎo)學(xué)生重點(diǎn)分析實(shí)驗(yàn)（一）中會(huì)發(fā)生全反射，而實(shí)

6、驗(yàn)（二）不會(huì)發(fā)生全反射的原因。學(xué)生分析：實(shí)驗(yàn)（一）光從玻璃射入空氣時(shí)，折射角大于入射角，當(dāng)入射角增大時(shí)，折射角先達(dá)到90，此后折射光線消失，發(fā)生全反射。此過程折射光的亮度逐漸減弱，根據(jù)能量守恒，反射光的亮度逐漸變強(qiáng)；實(shí)驗(yàn)（二）中光從空氣射入玻璃，折射角小于入射角，入射角先達(dá)到90，不可能發(fā)生全反射。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：通過對(duì)比，從而總結(jié)出發(fā)生全反射的條件：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；入射角大于或等于臨界角。2臨界角C與折射率n的關(guān)系提出問題：臨界角的大小可能與什么因素有關(guān)呢？引導(dǎo)學(xué)生猜想：（1）在剛才的實(shí)驗(yàn)中如果將玻璃換成水，臨界角會(huì)一樣嗎？（2）如果臨界角與介質(zhì)有關(guān)，那么是與介質(zhì)的什么性質(zhì)有關(guān)呢？（光學(xué)

7、性質(zhì)）（3）什么物理量反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)呢？（折射率n）啟發(fā)學(xué)生利用恰好發(fā)生全反射的光路圖（如右圖）和折射率的定義式來尋找臨界角C與介質(zhì)折射率的關(guān)系。學(xué)生推導(dǎo)：n=sin90sinC=1sinCsinC=1n可見，臨界角的正弦值與介質(zhì)的折射率成反比，即介質(zhì)的折射率越大，臨界角越小。（三）問題研究，深化理解1.問題（一）：在水面下方某一深度處有一個(gè)點(diǎn)光源，從水面上看，它照亮水面的幾何形狀是_形。當(dāng)光源在水中上升時(shí)，該形狀的面積將_（變大、變小或不變）。學(xué)生先分析討論，并適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生分析。教師引導(dǎo)：從題意看，水面被照亮的部分是一個(gè)有限的區(qū)域，即有部分光無法射出水面，那么哪些光無法射出水面，為什么？

8、要知道被照亮的水面的形狀，應(yīng)嘗試畫出光路圖幫助分析。（1）理論分析：請(qǐng)一學(xué)生上臺(tái)板畫，并加以解釋。學(xué)生分析：光源發(fā)出的射向水面的光線中，入射點(diǎn)離中心越遠(yuǎn)的光線的入射角越大，當(dāng)入射角臨界角C時(shí)發(fā)生全反射，如圖所示，只有以R為半徑的圓形區(qū)域有折射光線，圓形區(qū)域以外的區(qū)域沒有折射光線。由于tanC=Rh，當(dāng)光源在水中上升時(shí)，h減小，R隨之減小，即亮斑面積減小。（2）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：將發(fā)光的小燈置于盛水的玻璃缸底，為了增加可視性在水面灑痱子粉，可看到水面形成一圓形亮斑，提升發(fā)光的小燈泡，亮斑變小。2.問題（二）：能否利用一塊圓形的泡沫塑料板和一根細(xì)桿測(cè)定水的折射率？需要測(cè)量哪些物理量？嘗試做一做。教師提示：

9、折射率與臨界角有關(guān)系，只要知道了臨界角，就可知道折射率。學(xué)生分組討論，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)步驟，分析需測(cè)量的物理量，結(jié)合上一題的演示實(shí)驗(yàn)，畫出光路圖。請(qǐng)一學(xué)生畫出光路圖，并介紹實(shí)驗(yàn)方案：將細(xì)桿從圓形泡沫塑料板的圓心垂直板面緩慢插入，眼睛從水面上方往下看，當(dāng)桿的尖端恰能被看到時(shí)停止插入。細(xì)桿尖端相當(dāng)于一個(gè)光源，它發(fā)出的射向水面塑料板邊緣處的光線恰好發(fā)生了全反射，圓形泡沫塑料板面積相當(dāng)于上題中被光源照亮的區(qū)域，細(xì)桿在水中的長(zhǎng)度相當(dāng)于光源的深度，故只要測(cè)出圓形泡沫塑料板的半徑R和細(xì)桿在水中的長(zhǎng)度h，即可求得不的折射率。n=1sinC=1RR2+h2=R2+h2R學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)測(cè)出R和h，由于計(jì)算

10、較繁瑣，數(shù)據(jù)處理留在課后進(jìn)行。（四）全反射的應(yīng)用1.光導(dǎo)纖維播放視頻：光導(dǎo)纖維（介紹光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)、制作、應(yīng)用及光纖通信的優(yōu)點(diǎn)等。）（1）光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)：容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng)。（2）光纖中的內(nèi)芯折射率n1和外套折射率n2的關(guān)系：n1n2介紹美籍華裔科學(xué)家高錕“光纖之父”，由于在光纖通信方向的卓越貢獻(xiàn)，被授以2009年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。2.全反射棱鏡：（截面為等腰直角三角形的棱鏡）（1）全反射的應(yīng)用：讓學(xué)生列舉日常生活中常見的全反射的應(yīng)用實(shí)例：自行車尾燈、潛望鏡、望遠(yuǎn)鏡等。（2）分析棱鏡反射和利用一般平面鏡反射的異同，指出棱鏡反射的優(yōu)點(diǎn)。全反射棱鏡優(yōu)越性：光的強(qiáng)度不變，反射率高，接近達(dá)

11、到100%，成像失真小。（五）學(xué)以致用問題1：為什么水中的氣泡看起來特別明亮？學(xué)生思考后回答：水中的氣泡看起來特別明亮，是因?yàn)楣饩€從水中射向氣泡時(shí)，一部分光在界面上發(fā)生了全反射，所以看起來特別明亮，如下甲圖所示。甲 乙 丙問題2：解釋奇妙的“光鍍”引導(dǎo)學(xué)生思考：（1）為什么試管斜插入水中后，從水面上方看水中的試管特別明亮，為什么看不到小球了（如圖乙）？（學(xué)生：發(fā)生了全反射，全反射光特別強(qiáng)烈，小球經(jīng)玻璃和水折射的光相對(duì)較弱，故小球看不到。）（2）是在水與玻璃的界面還是在玻璃與空氣的界面發(fā)生了全反射？（學(xué)生：在玻璃與空氣的界面發(fā)生了全反射）（3）試管中注入清水后，為什么試管中的小球重現(xiàn)（如圖丙）？

12、（學(xué)生：試管中注入清水后排出空氣，不再發(fā)生全反射，小球發(fā)出的光線經(jīng)玻璃和水折射進(jìn)入人的眼睛，故能清晰看到試管中的小球。）【課后練習(xí)】1關(guān)于全反射，下列敘述正確的是（ ）A發(fā)生全反射時(shí)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(shí)一定會(huì)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(shí)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(shí)可能發(fā)生全反射現(xiàn)象答案：C2光在某種介質(zhì)中的傳播速度為1.5108m/s，則光從此介質(zhì)射向真空時(shí)發(fā)生全反射的臨界角是（ ）A15B30C45D60解析：由n=cv可得該介質(zhì)的折射率n=2，再由sinc=1n得sinc=12，故臨界角C=30。答案：B3有兩種介質(zhì)

13、，甲介質(zhì)對(duì)空氣的臨界角為60，乙介質(zhì)對(duì)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(shí)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（ ）A27B42C48D90答案：D5一束光從空氣射向折射率n=2的某種玻璃表面，下列說法正確的是（ ）A入射角大于45時(shí)，會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象B無論入射角多大，折射角都不超過45C欲使折射角等于30，應(yīng)以45入射角入射D當(dāng)入射角等于arctan2時(shí)，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(shí)才有可能發(fā)生全反射，故A錯(cuò)；光由空氣射向玻璃時(shí)，45的

14、折射角對(duì)應(yīng)的入射角為90，故B對(duì)；由n=sin1sin2可知2=30時(shí)對(duì)應(yīng)的入射角1=45，故C對(duì)；由入射角1=arctan2可知tan1=2，即sin1cos1=2，再由折射率n=sin1sin2=2可得sin2=cos1，即12=90，故D對(duì)。答案：BCD6光導(dǎo)纖維是利用光的全反射來傳輸光信號(hào)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(hào)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（ ）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：要使光信號(hào)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(shí)入射角須大于某一值，故應(yīng)小于某一值。答案：A7為了測(cè)定某種材料制成的長(zhǎng)方體的折射率，用一束光線從AB面以60入射角射入長(zhǎng)方體時(shí)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