資源簡介

4.2全反射
導學案
【學習目標】
1.知道光密介質和光疏介質的概念，認識光的全反射現象。
2.知道全反射棱鏡及其應用。
3.初步了解光導纖維的工作原理及光纖技術對社會經濟生活的重大影響。
【學習重難點】
1.教學重點：臨界角的概念及表達式、全反射的條件、全反射的應用；
2.教學難點：全反射的條件、全反射的應用。
【知識回顧】
光的折射
1．光的反射
(1)反射現象：光從第1種介質射到該介質與第2種介質的_____________時，一部分光_____________到第1種介質的現象。
(2)反射定律：反射光線與入射光線、法線處在_____________內，反射光線與入射光線分別位于_____________的兩側；反射角等于入射角。
2．光的折射
(1)折射現象：光從第1種介質射到該介質與第2種介質的_____________時，一部分光進入第2種介質的現象。
(2)折射定律
折射光線與入射光線、法線處在同一平面內，折射光線與入射光線分別位于_____________；_____________成正比，即_____________(式中n12是比例常數)。光的折射定律的三個關鍵詞：“同平面”“線兩旁”“成正比”。
(3)在光的折射現象中，光路是_____________的。
二、折射率
1．定義
光從真空射入某種介質發生折射時，_____________與_____________之比，叫作這種介質的絕對折射率，簡稱折射率，即_____________。
2．折射率與光速的關系
某種介質的折射率，等于光在_____________中的傳播速度c與光在這種介質中的傳播速度v之比，即n＝。
【自主預習】
全反射
1．光疏介質和光密介質：對于折射率不同的兩種介質，我們把折射率_____________的介質稱為光疏介質，折射率_____________的介質稱為光密介質，光疏介質和光密介質是_____________的。
2．全反射：當光從光密介質射入光疏介質時，同時發生折射和_____________，當入射角增大到某一角度，使折射角達到_____________時，_____________完全消失，只剩下_____________。這種現象叫作全反射，這時的入射角叫作_____________。
3．全反射的發生條件
(1)光線從_____________介質射入_____________介質。
(2)入射角_____________臨界角。
4．臨界角C與折射率n的關系：sin C＝。
二、全反射棱鏡與光導纖維
1．全反射棱鏡
(1)形狀：截面為_____________三角形的棱鏡。
(2)光學特征
①當光垂直于截面的直角邊射入棱鏡時，光在截面的斜邊上發生_____________，光射出棱鏡時，傳播方向改變了_____________。
②當光垂直于截面的斜邊射入棱鏡時，在兩個直角邊上各發生一次_____________，使光的傳播方向改變了180°_____________(3)應用：用于雙筒望遠鏡中。
2．光導纖維及其應用
(1)原理：利用了光的_____________。
(2)構造：光導纖維是非常細的特制玻璃絲，由內芯和外套兩層組成，內芯的折射率比外套的大，光傳播時在內芯與外套的界面上發生_____________。
(3)應用
①醫學上用光纖制成內窺鏡。
②用于光纖通信，其特點是傳輸容量大、能量衰減小、抗干擾性及保密性強等。
【課堂探究】
【新課導入】
水中的氣泡和葉子上的露珠看起來特別明亮；炎熱夏天，柏油路面有時看起來特別明亮,像水洗過的一樣。這又是為什么呢？
【新課教學】
任務一、全反射
光密介質和光疏介質
閱讀課本，總結什么是光密介質，什么是光疏介質？
光疏介質與光密介質是相對的還是絕對的？
（二）入射角與折射角的大小關系
入射角與折射角的那個較大？
（三）全反射
光從光密介質進入光疏介質，入射角增大，折射角也增大，誰先達到90°？若繼續增大入射角？請觀察視頻學生觀察實驗視頻，然后觀察視頻
現象：
1.全反射定義：
2.發生全反射的條件：
3.折射率與臨界角的關系：（光由介質射入真空中）
注意：
全反射在生活中有哪些應用？
任務二、全反射
（一）全反射棱鏡
閱讀課本，總結什么是全反射棱鏡，有什么作用？
橫截面是等腰直角三角形的棱鏡
（二）全反射棱鏡的應用
全反射棱鏡在生活中有什么應用？
任務三、光導纖維
（一）光導纖維
閱讀課本，總結光導纖維的工作原理與結構？
原理：
構造：
優點：_____________
觀察光在彎曲的有機玻璃棒中傳播的路徑
觀察視頻
光導纖維的應用
醫用內窺鏡：
光纖通信：
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。雖然光纖通信的發展歷史只有20多年的，但是發展的速度是驚人的。
【自我測評】
1．已知水、水晶、玻璃的折射率分別為1.33、1.55和1.60，則由此可知(　　)
A．水是光疏介質
B．玻璃為光密介質
C．水對于水晶或玻璃是光疏介質
D．水晶對于玻璃是光密介質
2．在彎曲的情況下光導纖維仍然有效地傳導光，這是利用了(　　)
A．光的鏡面反射　　　 B．光的全反射
C．光的漫反射 D．光的折射
3．如圖所示，半圓形玻璃磚放在空氣中，三條同一顏色、強度相同的光線，均由空氣沿半圓半徑方向射入玻璃磚，到達玻璃磚的圓心位置。下列說法錯誤的是(　　)
A．假若三條光線中只有一條在O點發生了全反射，那一定是aO光線
B．假若光線bO能發生全反射，那么光線cO一定能發生全反射
C．假若光線bO能發生全反射，那么光線aO一定能發生全反射
D．假若光線aO恰能發生全反射，則光線bO的反射光線比光線cO的反射光線的亮度大
4.如圖所示，MM′是兩種介質的界面，A是入射光線，B是反射光線，C是折射光線，O是入射光線的入射點，NN′是法線，θ1是入射角，θ2是折射角，且θ1>θ2。則下列判斷正確的是(　　)
A．θ1逐漸增大時θ2也逐漸增大，有可能發生全反射現象
B．θ1逐漸減小時θ2也逐漸減小，有可能發生全反射現象
C．θ1逐漸增大時θ2將逐漸減小，有可能發生全反射現象
D．θ1逐漸增大時θ2也逐漸增大，但不可能發生全反射現象
【學后反思】本節課學習中，你有哪些收獲，還有哪些問題？4.2全反射
導學案
【學習目標】
1.知道光密介質和光疏介質的概念，認識光的全反射現象。
2.知道全反射棱鏡及其應用。
3.初步了解光導纖維的工作原理及光纖技術對社會經濟生活的重大影響。
【學習重難點】
1.教學重點：臨界角的概念及表達式、全反射的條件、全反射的應用；
2.教學難點：全反射的條件、全反射的應用。
【知識回顧】
光的折射
1．光的反射
(1)反射現象：光從第1種介質射到該介質與第2種介質的分界面時，一部分光返回到第1種介質的現象。
(2)反射定律：反射光線與入射光線、法線處在同一平面內，反射光線與入射光線分別位于法線的兩側；反射角等于入射角。
2．光的折射
(1)折射現象：光從第1種介質射到該介質與第2種介質的分界面時，一部分光進入第2種介質的現象。
(2)折射定律
折射光線與入射光線、法線處在同一平面內，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側；入射角的正弦與折射角的正弦成正比，即＝n12(式中n12是比例常數)。光的折射定律的三個關鍵詞：“同平面”“線兩旁”“成正比”。
(3)在光的折射現象中，光路是可逆的。
二、折射率
1．定義
光從真空射入某種介質發生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫作這種介質的絕對折射率，簡稱折射率，即n＝。
2．折射率與光速的關系
某種介質的折射率，等于光在真空中的傳播速度c與光在這種介質中的傳播速度v之比，即n＝。
【自主預習】
全反射
1．光疏介質和光密介質：對于折射率不同的兩種介質，我們把折射率較小的介質稱為光疏介質，折射率較大的介質稱為光密介質，光疏介質和光密介質是相對的。
2．全反射：當光從光密介質射入光疏介質時，同時發生折射和反射，當入射角增大到某一角度，使折射角達到90°時，折射光完全消失，只剩下反射光。這種現象叫作全反射，這時的入射角叫作臨界角。
3．全反射的發生條件
(1)光線從光密介質射入光疏介質。
(2)入射角大于或等于臨界角。
4．臨界角C與折射率n的關系：sin C＝。
二、全反射棱鏡與光導纖維
1．全反射棱鏡
(1)形狀：截面為等腰直角三角形的棱鏡。
(2)光學特征
①當光垂直于截面的直角邊射入棱鏡時，光在截面的斜邊上發生全反射，光射出棱鏡時，傳播方向改變了90°。
②當光垂直于截面的斜邊射入棱鏡時，在兩個直角邊上各發生一次全反射，使光的傳播方向改變了180°。
(3)應用：用于雙筒望遠鏡中。
2．光導纖維及其應用
(1)原理：利用了光的全反射。
(2)構造：光導纖維是非常細的特制玻璃絲，由內芯和外套兩層組成，內芯的折射率比外套的大，光傳播時在內芯與外套的界面上發生全反射。
(3)應用
①醫學上用光纖制成內窺鏡。
②用于光纖通信，其特點是傳輸容量大、能量衰減小、抗干擾性及保密性強等。
【課堂探究】
【新課導入】
水中的氣泡和葉子上的露珠看起來特別明亮；炎熱夏天，柏油路面有時看起來特別明亮,像水洗過的一樣。這又是為什么呢？
學生寫下自己答案并與其他同學交流。
【新課教學】
任務一、全反射
光密介質和光疏介質
閱讀課本，總結什么是光密介質，什么是光疏介質？
光疏介質:兩種介質中折射率較小的介質叫做光疏介質。
光密介質:兩種介質中折射率較大的介質叫做光密介質.
光疏介質與光密介質是相對的還是絕對的？
任何兩種透明介質都可以通過比較光在其中傳播速度的大小或折射率的大小來判斷誰是光疏介質或光密介質。如，水、水晶和金剛石三種物質相比較，水晶對水來說是光密介質，對金剛石來說則是光疏介質。
（二）入射角與折射角的大小關系
入射角與折射角的那個較大？
光從光密介質進入光疏介質
（三）全反射
光從光密介質進入光疏介質，入射角增大，折射角也增大，誰先達到90°？若繼續增大入射角？請觀察視頻學生觀察實驗視頻，然后觀察視頻
現象：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；當入射角增大到某一角度時，折射光線消失，所有光線全部反射。
然后讓學生總結全反射相關概念。
1.全反射定義：光由光密介質射到光疏介質時，光線不發生折射，而全部返回到原介質中繼續傳播的現象。
此時的入射角稱為——臨界角
2.發生全反射的條件：
（1）光從光密介質射入光疏介質；
（2）入射角等于或大于臨界角；
3.折射率與臨界角的關系：（光由介質射入真空中）
注意：
(1)只有光從介質射入真空（空氣）的交界面時，才能這樣求臨界角。
(2)n越大，臨界角越小，也就越容易發生全發射。
全反射在生活中有哪些應用？
在學生充分交流后分析應用
然后老師介紹：全反射棱鏡、光導纖維
任務二、全反射
（一）全反射棱鏡
閱讀課本，總結什么是全反射棱鏡，有什么作用？
玻璃棱鏡的截面為等腰直角三角形，當光從圖中所示的方向射入玻璃時，由于光的方向與玻璃面垂直，光線不發生偏折。但在玻璃內部，光射向玻璃與空氣的界面時，入射角大于臨界角，發生全反射。
與平面鏡相比，它的反射率高，幾乎可達 100%。這種棱鏡在光學儀器中可用來改變光的方向。
橫截面是等腰直角三角形的棱鏡
(1)截面為等腰直角三角形的玻璃棱鏡
(2)原理：利用全反射原理
(3)特點：(玻璃的臨界角為32°—42°)
①當光垂直于它的任意一個界面射入后，都會在其內部發生全反射，與平面鏡相比，它的反射率很高
②反射面不必涂敷任何反光物質
(4)作用：改變光的方向，可使光的傳播方向改變90°或180°
（二）全反射棱鏡的應用
全反射棱鏡在生活中有什么應用？
對于精密的光學儀器，如照相機、望遠鏡、顯微鏡等，就需要用全反射棱鏡代替平面鏡，以消除多余的像．
當然，如果在玻璃的前表面鍍銀，就不會產生多個像，一般的平面鏡都是在玻璃的后面鍍銀， 但是銀面容易脫落．因此對于精密的光學儀器，如照相機、望遠鏡、顯微鏡等，就需要用全反射棱鏡代替平面鏡．與平面鏡相比,它的反射率高,幾乎可達100%。
任務三、光導纖維
（一）光導纖維
閱讀課本，總結光導纖維的工作原理與結構？
(1)原理：利用全反射原理。
(2)構造：由折射率較高的玻璃內芯和折射率較低的外層透明介質組成，因為內芯的折射率比外套的大，所以，光傳播時在內芯與外套的界面上發生全反射。
(3)優點：容量大、衰減小、抗干擾性強。
觀察光在彎曲的有機玻璃棒中傳播的路徑
請學生觀察視頻
光導纖維的應用
醫用內窺鏡：醫學上將其制成內窺鏡，用來檢查人體內臟的內部。
光纖通信：光纖通信的主要優點是容量大、衰減小、抗干擾性強。
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。雖然光纖通信的發展歷史只有20多年的，但是發展的速度是驚人的。
【自我測評】
1．已知水、水晶、玻璃的折射率分別為1.33、1.55和1.60，則由此可知(　　)
A．水是光疏介質
B．玻璃為光密介質
C．水對于水晶或玻璃是光疏介質
D．水晶對于玻璃是光密介質
【答案】C
【詳解】光疏介質、光密介質是相對而言的，單獨一種物質不能說是光疏還是光密介質，A、B錯誤；水比水晶或玻璃折射率小，對于水晶或玻璃是光疏介質，C正確；水晶比玻璃折射率小，對于玻璃是光疏介質，D錯誤。
2．在彎曲的情況下光導纖維仍然有效地傳導光，這是利用了(　　)
A．光的鏡面反射　　　 B．光的全反射
C．光的漫反射 D．光的折射
【答案】B
【詳解】B　光導纖維是非常細的特制玻璃絲，直徑只有幾微米到一百微米之間，由內芯和外套兩層組成。內芯的折射率比外套的大，光傳播時在內芯與外套的分界面上發生全反射。
3．如圖所示，半圓形玻璃磚放在空氣中，三條同一顏色、強度相同的光線，均由空氣沿半圓半徑方向射入玻璃磚，到達玻璃磚的圓心位置。下列說法錯誤的是(　　)
A．假若三條光線中只有一條在O點發生了全反射，那一定是aO光線
B．假若光線bO能發生全反射，那么光線cO一定能發生全反射
C．假若光線bO能發生全反射，那么光線aO一定能發生全反射
D．假若光線aO恰能發生全反射，則光線bO的反射光線比光線cO的反射光線的亮度大
【答案】B
【詳解】三條入射光線沿著指向圓心的方向由空氣射向玻璃磚，在圓周界面，它們的入射角為零，均不會偏折；在直徑界面，光線aO的入射角最大，光線cO的入射角最小，它們都是從光密介質射向光疏介質，都有發生全反射的可能。如果只有一條光線發生了全反射，那一定是aO光線，因為它的入射角最大，所以選項A正確。假若光線bO能發生全反射，說明它的入射角等于或大于臨界角，光線aO的入射角更大，所以，光線aO一定能發生全反射，光線cO的入射角可能大于或等于臨界角，也可能小于臨界角，因此，光線cO不一定能發生全反射，所以選項B錯誤，選項C正確。假若光線aO恰能發生全反射，則光線bO和光線cO都不能發生全反射，但光線bO的入射角更接近于臨界角，所以，光線bO的反射光線較光線cO的反射光線強，即光線bO的反射光線亮度較大，所以選項D正確。
4.如圖所示，MM′是兩種介質的界面，A是入射光線，B是反射光線，C是折射光線，O是入射光線的入射點，NN′是法線，θ1是入射角，θ2是折射角，且θ1>θ2。則下列判斷正確的是(　　)
A．θ1逐漸增大時θ2也逐漸增大，有可能發生全反射現象
B．θ1逐漸減小時θ2也逐漸減小，有可能發生全反射現象
C．θ1逐漸增大時θ2將逐漸減小，有可能發生全反射現象
D．θ1逐漸增大時θ2也逐漸增大，但不可能發生全反射現象
【答案】D　
【詳解】由n＝可知，θ1逐漸增大時，θ2也逐漸增大，但因θ1>θ2，MM′上方為光疏介質，故θ1再大，也不能發生全反射現象，D正確。
【學后反思】本節課學習中，你有哪些收獲，還有哪些問題？

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