資源簡介

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人教版高中物理選擇性必修1第4章第2節(jié)全反射教學(xué)設(shè)計
課題
全反射
單元
4
學(xué)科
物理
年級
高二
教材分析
全反射現(xiàn)象在日常生活中經(jīng)常能遇到，本節(jié)要探討光發(fā)生全反射的條件以及相關(guān)應(yīng)用。全反射及其發(fā)生的條件是本節(jié)的重點，也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維，幫助他們形成物理觀念的重要載體。教材首先通過展示水中氣泡看上去特別明亮的現(xiàn)象引出全反射的話題，意在培養(yǎng)學(xué)生通過觀察生活現(xiàn)象提出物理問題的科學(xué)探究素養(yǎng)。教材介紹光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)的定義及其相對性，目的是為得出全反射產(chǎn)生的條件作鋪墊。教材通過半圓形玻璃磚的演示實驗引出全反射的定義和臨界角的概念。在演示實驗時，要引導(dǎo)學(xué)生全面、全程觀察。特別要注意觀察:隨著人射角逐漸增大，反射光線和折射光線的角度和亮度發(fā)生變化:當(dāng)人射角達到某一極限角度時，
折射角達到90"，折射光完全消失，只剩下反射光。全反射棱鏡和光導(dǎo)纖維是對全反射原理的應(yīng)用，這部分內(nèi)容有利于開闊學(xué)生視野，加深對全反射的認(rèn)識。
教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)
1、物理觀念：知道光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)、全反射、臨界角的概念。2、科學(xué)思維：理解全反射的條件，能計算有關(guān)問題和解釋相關(guān)現(xiàn)象。3、科學(xué)探究：通過半圓形玻璃磚實驗總結(jié)全反射的定義和臨界角的條件。4、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：了解光導(dǎo)纖維的工作原理和光導(dǎo)纖維在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。
重點
理解全反射的條件，能計算有關(guān)問題和解釋相關(guān)現(xiàn)象，通過半圓形玻璃磚實驗總結(jié)全反射的定義和臨界角的條件。
難點
理解全反射的條件，能計算有關(guān)問題和解釋相關(guān)現(xiàn)象，通過半圓形玻璃磚實驗總結(jié)全反射的定義和臨界角的條件。
教學(xué)過程
教學(xué)環(huán)節(jié)
教師活動
學(xué)生活動
設(shè)計意圖
導(dǎo)入新課
水中的氣泡看上去特別明亮，這是為什么呢?
觀察水中的氣泡，思考為什么氣泡看著比較明亮。
從生活中的實際現(xiàn)象出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生思考，從而引出新課。
講授新課
知識回顧：光的折射及光的折射率1.光疏介質(zhì)：折射率較小的介質(zhì)2.光密介質(zhì)：折射率較大的介質(zhì)（1）光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)是相對的。（2）光在光密介質(zhì)中的傳播速度比在光疏介質(zhì)中的小。一、全反射實驗探究思考與討論：既然光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，折射角大于入射角，可以預(yù)料，當(dāng)入射角增大到一定程度，但還沒有達到90°時，折射角就會增大到90°。如果入射角再增大，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？全反射：
光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，同時發(fā)生反射和折射，折射角大于入射角，隨著入射角的增大，反射光線越來越強，折射光線越來越弱，當(dāng)折射角增大到90°時，折射光線完全消失，只剩下反射光線，這種現(xiàn)象叫做全反射。思考討論：全反射產(chǎn)生的條件是什么？全反射條件：(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。釋疑：課本P85頁，為什么水中的氣泡看起來特別明亮？光從水射向氣泡時，一部分光在分界面上發(fā)生了全反射思考討論：由于不同的介質(zhì)的折射率不同，在光從介質(zhì)射入空氣（真空）時，發(fā)生全反射的臨界角是不一樣的。怎樣計算光從折射率為n的某種介質(zhì)射入空氣（真空）發(fā)生全反射時的臨界角C？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。課堂練習(xí)1、如圖所示,某種透明物質(zhì)制成的直角三棱鏡ABC,∠A等于30°,一束光線在紙面內(nèi)垂直AB邊射入棱鏡。如圖所示,發(fā)現(xiàn)光線剛好不能從BC面射出,而是最后從AC面射出。求:(1)透明物質(zhì)的折射率n。(2)光線從AC面射出時的折射角α的正弦值。解析：(1)由題意可知,光線從AB邊垂直射入,恰好在BC面發(fā)生全反射,光線最后從AC面射出,光路圖如圖。設(shè)該透明物質(zhì)的臨界角為C,由幾何關(guān)系可知C=θ1=θ2=60°,sin
C=解得n=。(2)由幾何關(guān)系知β=30°由折射定律n=,解得sin
α=。
例題：水的折射率是1.33，（1）水的臨界角是多少？（2）在潛水員看來，岸上的所有景物，都出現(xiàn)在一個倒立的圓錐里這個圓錐的頂角是多大？二、全反射棱鏡全反射棱鏡：（截面為等腰直角三角形的棱鏡）全反射棱鏡作用：改變光的方向三、光導(dǎo)纖維觀察：光在彎曲的有機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玻璃棒的一端，觀察光傳播的路徑有什么特點。課堂練習(xí)2、如圖所示,AB為一直光導(dǎo)纖維,AB之間距離為s,使一光脈沖信號從光導(dǎo)纖維中間入射,射入后在光導(dǎo)纖維內(nèi)芯與外套的界面上恰好發(fā)生全反射,由A點傳輸?shù)紹點所用時間為t,求光導(dǎo)纖維所用材料的折射率n。解析:光信號由A點進入光導(dǎo)纖維后,沿AO方向照射到O點,此時入射角α恰好等于臨界角。由幾何關(guān)系可得光在光導(dǎo)纖維中傳播的距離l=。設(shè)介質(zhì)的折射率為n,光在此介質(zhì)中的速度為v,則有sin
α=sin
C=,n=,而vt=,解得n=。
回顧上節(jié)課學(xué)習(xí)的折射率的定義。學(xué)習(xí)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的概念。對比光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)。觀察實驗現(xiàn)象，思考所給出的問題。結(jié)合所學(xué)習(xí)的全反射的概念，解釋課前提出的問題。總結(jié)發(fā)生全反射時入射角所滿足的條件。完成課堂練習(xí)。完成課本例題。閱讀教材和相關(guān)資料，了解全反射在現(xiàn)代科技生活中的應(yīng)用。觀察光在彎曲的有機玻璃棒中的路徑。完成課堂練習(xí)。
溫故知新，便于更好的學(xué)習(xí)新課內(nèi)容。通過讀折射率的復(fù)習(xí)，總結(jié)出光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的概念。讓學(xué)生更好的理解新知識。通過實驗觀察現(xiàn)象，先讓學(xué)生咋腦海中建立全反射的現(xiàn)象的認(rèn)知，再用簡潔的語言總結(jié)全反射的定義。回扣課前思考題，讓課堂內(nèi)容相呼應(yīng)，結(jié)構(gòu)更完整。通過課堂練習(xí)和課本例題，掌握全發(fā)射的條件的應(yīng)用。通過介紹全反射在現(xiàn)代生活科技領(lǐng)域的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感。
拓展提高
1、空氣中兩條光線a和b從方框左側(cè)入射,分別從方框下方和上方射出,其框外光線如
圖甲所示。方框內(nèi)有兩個折射率n=1.5的玻璃全反射棱鏡。圖乙給出了兩棱鏡四種放置方式的示意圖,其中能產(chǎn)生圖甲效果的是(　　)解析:四個選項產(chǎn)生光路效果如圖所示。答案：B2、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,如果光按下面幾種方式傳播,可能發(fā)生全折射的是(　　)A.從水晶射入玻璃
B.從水射入二硫化碳C.從玻璃射入水中
D.從水射入水晶解析：折射率相對較小的介質(zhì)是光疏介質(zhì),折射率相對較大的介質(zhì)是光密介質(zhì),發(fā)生全反射的條件之一是光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì),由此可知選項C正確。答案：C3、某種介質(zhì)相對空氣的折射率是,一束光從該介質(zhì)射向空氣,入射角是60°,則下列光路圖正確的是(圖中Ⅰ為空氣,Ⅱ為介質(zhì))(　　)解析:由題意知,光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì),由
,得C=45°<60°,故在兩介質(zhì)的界面上會發(fā)生全反射,只有反射光線,沒有折射光線,故選項D正確。答案：D做一做：水流導(dǎo)光將塑料瓶下側(cè)開一個小孔，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入圖，激光可由激光筆產(chǎn)生)，觀察光的傳播路徑。
完成拓展提高練習(xí)題。課下完成做一做。
通過完成拓展提高練習(xí)題，鞏固基礎(chǔ)知識。提高學(xué)生的動手操作能力和探究能力。
課堂小結(jié)
一、光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)二、全反射現(xiàn)象三、全反射的條件四、全反射的應(yīng)用
總結(jié)本節(jié)課所學(xué)知識。
幫助學(xué)生梳理基礎(chǔ)知識，形成知識框架。
板書
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精品試卷·第
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全反射
人教版
選擇性必修1
新知導(dǎo)入
水中的氣泡看上去特別明亮，這是為什么呢?
新知講解
知識回顧：光的折射及光的折射率
折射光
θ2
入射光
θ1
空氣
介質(zhì)
新知講解
1.光疏介質(zhì)：折射率較小的介質(zhì)
2.光密介質(zhì)：折射率較大的介質(zhì)
（1）光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)是相對的。
（2）光在光密介質(zhì)中的傳播速度比在光疏介質(zhì)中的小。
介質(zhì)
空氣
水
酒精
金剛石
折射率
1.00028
1.33
1.36
2.42
新知講解
思考與討論：既然光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，折射角大于入射角，可以預(yù)料，當(dāng)入射角增大到一定程度，但還沒有達到90°時，折射角就會增大到90°。如果入射角再增大，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？
實驗探究
一、全反射
介質(zhì)1
介質(zhì)2
O
折射率n1
折射率n2
介質(zhì)1
介質(zhì)2
O
折射率n1
折射率n2
新知講解
全反射：
光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，同時發(fā)生反射和折射，折射角大于入射角，隨著入射角的增大，反射光線越來越強，折射光線越來越弱，當(dāng)折射角增大到90°時，折射光線完全消失，只剩下反射光線，這種現(xiàn)象叫做全反射。
新知講解
N
N
思考討論：全反射產(chǎn)生的條件是什么？
全反射條件：(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。
新知講解
釋疑：課本P85頁，為什么水中的氣泡看起來特別明亮？
光從水射向氣泡時，一部分光在分界面上發(fā)生了全反射
新知講解
思考討論：由于不同的介質(zhì)的折射率不同，在光從介質(zhì)射入空氣（真空）時，發(fā)生全反射的臨界角是不一樣的。怎樣計算光從折射率為n的某種介質(zhì)射入空氣（真空）發(fā)生全反射時的臨界角C？
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。
課堂練習(xí)
1、如圖所示,某種透明物質(zhì)制成的直角三棱鏡ABC,∠A等于30°,一束光線在紙面內(nèi)垂直AB邊射入棱鏡。如圖所示,發(fā)現(xiàn)光線剛好不能從BC面射出,而是最后從AC面射出。求:
(1)透明物質(zhì)的折射率n。
(2)光線從AC面射出時的折射角α的正弦值。
課堂練習(xí)
解析：(1)由題意可知,光線從AB邊垂直射入,恰好在BC面發(fā)生全反射,光線最后從AC面射出,光路圖如圖。
設(shè)該透明物質(zhì)的臨界角為C,由幾何關(guān)系可知
新知講解
例題：水的折射率是1.33，（1）水的臨界角是多少？
（2）在潛水員看來，岸上的所有景物，都出現(xiàn)在一個倒立的圓錐里這個圓錐的頂角是多大？
例題
新知講解
45?
全反射棱鏡：（截面為等腰直角三角形的棱鏡）
45?
45?
45?
45?
45?
二、全反射棱鏡
光的強度不變，反射率高,接近達到100%，成像失真小.
新知講解
全反射棱鏡應(yīng)用
全反射棱鏡作用：
改變光的方向
潛望鏡
新知講解
三、光導(dǎo)纖維
新知講解
觀察：光在彎曲的有機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玻璃棒的一端，觀察光傳播的路徑有什么特點。
課堂練習(xí)
2、如圖所示,AB為一直光導(dǎo)纖維,AB之間距離為s,使一光脈沖信號從光導(dǎo)纖維中間入射,射入后在光導(dǎo)纖維內(nèi)芯與外套的界面上恰好發(fā)生全反射,由A點傳輸?shù)紹點所用時間為t,求光導(dǎo)纖維所用材料的折射率n。
拓展提高
1、空氣中兩條光線a和b從方框左側(cè)入射,分別從方框下方和上方射出,其框外光線如
圖甲所示。方框內(nèi)有兩個折射率n=1.5的玻璃全反射棱鏡。圖乙給出了兩棱鏡四種放置方式的示意圖,其中能產(chǎn)生圖甲效果的是(　　)
解析:四個選項產(chǎn)生光路效果如圖所示。
B
拓展提高
2、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,如果光按下面幾種方式傳播,可能發(fā)生全折射的是(　　)
A.從水晶射入玻璃
B.從水射入二硫化碳
C.從玻璃射入水中
D.從水射入水晶
解析：折射率相對較小的介質(zhì)是光疏介質(zhì),折射率相對較大的介質(zhì)是光密介質(zhì),發(fā)生全反射的條件之一是光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì),由此可知選項C正確。
c
拓展提高
3、某種介質(zhì)相對空氣的折射率是
,一束光從該介質(zhì)射向空氣,入射角是60°,則下列光路圖正確的是(圖中Ⅰ為空氣,Ⅱ為介質(zhì))(　　)
解析:由題意知,光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì),由
,得C=45°<60°,故在兩介質(zhì)的界面上會發(fā)生全反射,只有反射光線,沒有折射光線,故選項D正確。
D
拓展提高
水流導(dǎo)光
將塑料瓶下側(cè)開一個小孔，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入圖，激光可由激光筆產(chǎn)生)，觀察光的傳播路徑。
課堂總結(jié)
全反射
光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)
全反射的條件
全反射現(xiàn)象
全反射的應(yīng)用
光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)
入射角大于等于臨界角
全反射棱鏡
光導(dǎo)纖維
板書設(shè)計
全反射
光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)
全反射的條件
全反射現(xiàn)象
全反射的應(yīng)用
光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)
入射角大于等于臨界角
全反射棱鏡
光導(dǎo)纖維
作業(yè)布置
課后練習(xí)和同步練習(xí)
謝謝
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