3. 光的全反射PPT配套优秀教学设计内容

光的全反射的应用

成都石室中学

寇大武

指导教师：卢山

董泽敏

一、课程标准中的相关内容

理解光的全反射的条件，了解光的全反射的应用

二、教学目标

1．物理观念

①

知道什么是光疏介质、光密介质

②

理解光的全反射

③

理解临界角的概念，能判断是否发生全反射，并能解决有关问题

④

知道光导纤维的工作原理及其应用

2．科学思维

通过本节习题课，让学生形成处理物理问题的一般思路方法：发现现象——抽象模型——解决问题——高考应用——拓展提问

3．科学探究

在实际生活中，光学现象非常普遍，如何利用所学习的光学知识解决问题是极为重要的。我们将通过实验演示——变脸、光盘藏宝、光纤通信，通过和学生一起解决问题，达到学以致用的目的。

4．科学态度和价值观

看不见并不代表不存在，通过不同的光路，探究光盘下面存在“宝物”；看见了仍然可以改变，通过变脸，实现“物理变脸”；看见了可以反推原理，通过光纤通信，反推光线在光纤里面的可能路径。实验现象引起我们思考物理规律，利用物理规律解决物理问题。解决问题的能力就是我们的科学态度，能够处理不同情景的问题就是我们的物理价值观。

三、学生分析

通过对光的折射定律的理解，学生已经知道了入射角与折射角之间的关系，通过对光的全反射的新课学习，也能够了解光的全反射的相关规律：随着入射角的增大，反射角增大，折射角增大，1反射光线强度变强，折射光线强度变弱，且临界角满足sinC＝。但学生利用光的全反射解决实际n生活问题的能力还是有所欠缺的，缺乏建模能力，缺乏计算能力，缺乏拓展能力。需要在科学探究，科学思维，科学态度和价值观上进行培养。

四、教材分析

1.本节的作用和地位

光的全反射高中物理教材选修3－4第四章第三节内容,是光的折射定律的延续和应用，是几何光学部分必考的一个考点，是一种特殊的折射现象。本节主要内容是认识光的全反射，知道光疏介质、光密介质，了解临界角，并通过临界角的应用加强对光的全反射的理解。

3.重点难点分析

教学重点：光的全反射的应用

教学难点：光的全反射的条件、光的全发射的应用

4.课时要求：1课时

五、教学理念

物理是一门以实验为基础的学科，实验是物理教学中必不可少的一部分。通过实验现象的演示可以激发学生学习的兴趣，通过实验的演示可以帮助学生学会分析问题、解决问题，通过实验的参与能够培养学生动手能力。实验只是表象，应该让学生了解实验背后的本质问题，能够解决的我们尽量解决，不能解决的我们下来努力解决。

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课堂形式可以多种多样，教学是一门艺术，教学是一门慢的艺术，教学是一门有遗憾的艺术。回顾已知、发现未知、解决未知是物理学科不懈的追求。

六、教学策略

充分利用实验器材，将曾经难以实现的实验教学利用先进教学器材完成。突破难点，引导学生通过实验现象看本质，学会分析问题，解决问题，充分的展示自己的才能。

七、教学环境

高二十班

八、教学过程

1 新课引入

教师：四川有名的是变脸，老师也能变脸，请看变脸实验装置（如图1所示）。这是由平板玻璃制成的两个矩形水槽，水槽右侧贴有”蓝脸“，底侧贴有”红脸“，在三角形水槽中加入清水后，在观察点可以看到”红脸“在左边，”蓝脸“在右边。请各位同学在学案上完成光路。如果在水槽中间空隙处加入清水，会出现”变脸“。

图1

不可思议的“变脸”

学生活动1：已知水的折射率小于玻璃的折射率，为了研究方便，我们忽略玻璃的厚度。

a．

请通过光路图定性的解释为什么在2、3位置加入清水后会出现1位置为“红脸”，2位置为“蓝脸”

b．

请通过光路图定性的解释为什么在2、3位置中间隔膜处加入清水后会出现“红脸”变“蓝脸”，

c．

图a

图b

教师：为什么开始出现”红脸“在左边，”蓝脸“在右边。请各位同学在学案上完成光路。如果在水槽第2页

中间空隙处加入清水，会出现”变脸“（如图2．3所示）

图2

图3

教师：从图2中，我们可以发现，当隔膜中没有注入水的时候，光从玻璃到空气中会发生全反射（强调不是从水到空气，因为水的折射率小于空气的折射率），所以看到左侧为“红脸”右侧为“蓝脸”。从图3中，我们可以发现，当隔膜中注入清水，则不能满足全反射条件，光线几乎沿着直线传播，会出现“变脸”。这就是光的全反射的应用——全反射棱镜。

2．1 实验现象演示

教师：光的全反射在实际生活中还有很多的应用，请看模型1“光盘藏宝”（如图4所示）

教师：请解释为什么从水面图

4

上看不到“宝”，从侧面可以看到“宝”。如果改变吊坠的长度，我们又可以从旁边看到“宝”，说明了要看到“宝”需要一个临界的深度，请同学们完成模型1

学生活动2：请解释为什么从水面上看不到“宝”，从侧面可以看到“宝”

2．2 模型建立

【建立模型1】在一半径为R的光盘下隐藏了一件“宝”，整个装置置于折射率为n的水中，若要保证无论从哪个方向都看不到“宝”，则“宝”到光盘底部的最远距离？（不考虑反射）

教师：那在高考中此类问题又会以什么样的方式考察我们呢？请阅读题目，完成对比，不需要做出第3页

题目。

2．3 高考题目赏析

【体验高考】2014年全国卷（2）

( 10分）一厚度为h的大平板玻璃水平放置，水下表面贴有一半径为r的圆形发光面。在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上。已知圆纸片恰好能完全遮档住从圆形发光面发出的光线（不考虑反射），求平板玻璃的折射率。

2．4 拓展思维及变式

教师：在实际生活中，我们也会遇到类似的问题，比如公园里面的“水下”彩灯，请问他们能够照亮的形状应该是什么样的呢？如果你是设计师，请问要让“彩灯”照亮水面的面积变大，有哪些方法？

学生活动3：请问要让“彩灯”照亮水面的面积变大，有哪些方法？

教师：如果我们的点光源是在一个立体的正方体中，我们能否算出他的照亮面积呢

【体验高考】2012年全国卷

（2）（9分）一玻璃立方体中心有一点光源。今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜，以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体。已知该玻璃的折射率为2，求镀膜的面积与立方体表面积之比的最小值

3．1 实验现象演示

教师：光的全反射除了用于照亮部分面积，我们可以用来传输信号，比如光纤通信，请看教师演示实验，光纤通信。可以看到光线沿着弯曲的光纤走，我们要保证光线不损失，需要满足的条件是什么？

教师：在生活中，我们也可以利用简单的工具做出类似的实验。比如在塑料瓶底部打出圆形小孔（如图5所示），当瓶中装满水以后，水流从小孔流出，形成抛物线，我们利用一束红色的“激光”对准抛物线射出，可以看到明显的现象。请同学们观察实验，:解释为什么喷出的水流有的地方是红色的，有点地方没有颜色。

图5

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学生活动4:请解释为什么喷出的水流有的地方是红色的，有点地方没有颜色

3．2 模型建立

教师：请问光线通信，入射角是否需要满足一定条件呢？在高考中此类问题如何考察的呢

【建立模型2】如图c所示，AB为光导纤维，光导纤维所用材料的折射率n,则光信号从空气中C点入射到A的角度应该满足什么条件才能使光不从O点折射出去?

3．3 高考题目赏析

【体验高考】2013年全国卷⑵（9图c

分）如图d所示为一光导纤维（可简化为一长玻璃丝）的示意图，玻璃丝长为L，折射率为n，AB代表端面。已知光在真空中的传播速度为c。

(i)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光线在端面AB上的入射角应满足的条件；（略）

(ii)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间。

3．4 拓展思维及变式

学生活动5:如果要减小光线从一端到另一端的时间，有哪些方法？

4：反思与总结

笔者在本节课的设计中，牢牢抓住意义的学习的先决条件，即学生表现出一种意义学习的心向，表现出一种在新学习内容与原有知识之间联系的倾向。通过构建实验情景，促使学生发生联想，寻找临界角，寻找能够发生全反射的条件：入射角大于临界角。通过实验演示，将抽象的立体图转化为平面图，通过活动设计，引导学生尝试解决实际生活中的问题，实现问题解决，达到意义的学习。学生通过本堂课的学习，能够掌握基本的物理概念并加以应用。学生形成了“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面的能力，通过实验的演示的“科学探究”和模型的图d

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分析，学生形成了“科学思维”，形成解决问题的能力

总的来说，《光的全反射》的教学设计，满足新课改的要求，能够有效的提高学生的“科学素养”。“物理观念”并不是一般意义的物理知识，属于一种应用相关物理知识形成的心智能力；

“科学态度和责任”从智能论讲，就属于情感能力，从“核心素养”说属于品格的范畴。

板书设计

一：神奇的变脸——全反射棱镜

复习：

全反射的条件：光线从光密到光疏、入射角大于等于临界角

1临界角的计算方法：sinC＝

n二：光盘藏宝——圆形面积

11sinC＝，得sin∠0AB＝

nnRR2+h2由几何关系可知：sin∠0AB＝

计算可知：h＝R若h＜R若h＞Rn2-1

n2-1，则从水面上的任何位置都不能看到“宝”

n2-1，则从水面上的某些位置可以看到宝

三：乖乖的水流——光纤通信

条件：n内＞n外

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