3. 光的全反射教学设计与反思

光的全反射教学设计

【教学目标】

1. 知识目标

①理解全反射现象，

②掌握临界角的概念和发生全反射的条件. ③知道自然界中的一些全反射现象

④知道光纤是利用全反射现象传播光信号的，

2.能力目标

①能通过演示实验进行观察和分析，归纳总结出什么叫光的全反射现象，

②能通过不同演示实验进行对比，从而得出发生全反射的条件. ③能运用所学知识解释自然界中的一些全反射现象。

3.情感目标

①体验从实验、观察、分析、比较等获取知识的成功喜悦，从而培养学生热爱实验、勒于思考、乐于探究的科学品质

②通过全反射现象的应用，从而养成运用科学理论观察和分析周围事物的习惯，

并知道物理知识与现代科技的密切关系，进步增强学习物理的兴趣。

【教学重点】

理解全反射现象;掌握临界角的概念和发生全反射的条件. 【教学难点】

①知道临界角的概念; 知道临界角是发生全反射的最小入射角. ②知道发生全反射的条件. 【教

具】

半圆形玻璃砖(1块)、激光灯(1个) 【课时】1课时

【教学过程】

一、观察思考，引入新课

如图1，先让光沿着半圆形玻璃砖的平直边射入，不断增大入射角，让同学们观察其反射和折射现象；再让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上．逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化．

问题1:

光线在两种介质中的角度有什么特点?

问题2: 折射界面两侧的介质的折射率有何不同？

问题3: 当光从玻璃射入空气中，入射角逐渐增大时，折射角的大小如何变化？

问题4: 当光从玻璃射入空气中，入射角逐渐增大时，反射光线和折射光线的亮度如何变化？

今天我们就来学习与这些问题有关的现象一全反射现象。

二、新课教学

（一）光密介质和光疏介质

引思: 两个实验现象不同的原因是什么? (实验1是光从空气一玻璃，实验2 是光从玻璃一空气。)

两种介质有什么不同?

(空气的折射率小，玻璃的折射率大。) (1)对于两种介质来说，光在其中传播速度较小的介质，即折射率较大的介质叫光密介质；光在其中传播速度较大的介质，即折射率较小的介质叫光疏介质．

(2)光疏介质和光密介质是相对的．

（二）全反射

提问：是不是只有光从玻璃射入空气才会产生这种全反射现象呢? 通过大量实验研究证明，凡是光从光密介质一光疏介质(如水一空气，酒精一空气等都有可能发生全反射现象。

引导学生总结什么叫全反射现象?

全反射现象光从光密介质一光疏介质时，折射光消失，只有反射光的现象。

引思: 在什么情况下能产生全反射? (1)定义：光从光密介质射到光疏介质的界面时，全部被反射回原介质的现象．

(2)临界角

引思: 在什么情况下能产生全反射?

引导学生根据实验回答: 光从玻璃(光密介质》一空气(光疏介质》，且入射角大于或等于某个临界角时，能产生全反射。

①定义：光从某种介质射向真空或空气时使折射角变为90°时的入射角，称作这种介质的临界角．

1②临界角C与折射率n的关系：sin C＝n. (3)全反射的条件

①光需从光密介质射至光疏介质的界面上．

②入射角必须等于或大于临界角．

教师强调:

在实验1中，光从空气一玻璃，虽然随入射角增大，反射角和折射角都增大，反射光增强，折射光减弱，但只有量变过程而没有发生质变。而在实验2 中，光从玻璃一空气，随入射角增大(但小于临界角），反射角和折射角都增大，反射光增强，折射光减弱，这是一个量变过程:当入射角达到或大于临界角时，就发生了质变，折射光消失，发生了全反射现象。

[即学即用]

判断下列说法的正误．

(1)光发生全反射时，折射光线消失，只剩下反射光线．(√) (2)光从一种介质进入另一种介质时，只要入射角足够大就一定会发生全反射现象．(×) (3)折射率大的介质就是光密介质．(×) (4)光由介质进入空气，介质的折射率越大，临界角越小．(√) (5)光发生全反射时，依然遵守反射定律．(√) （三）对全反射的理解

1．对光疏介质和光密介质的理解

(1)光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对的意义．

(2)光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中传播速度小．

(3)光若从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角；反之，光由光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角．

(4)光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的密度大小．

2．全反射

(1)全反射的条件：①光由光密介质射向光疏介质；②入射角大于或等于临界角．

(2)全反射遵循的规律：发生全反射时，光全部反射回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用．

（四）例题讲解

例1

(多选)如图3所示，半圆形玻璃砖放在空气中，三条同一颜色、强度相同的光线，均由空气沿半圆半径方向射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置．下列说法正确的是(

)

图3 A．假若三条光线中只有一条在O点发生了全反射，那一定是aO光线

B．假若光线bO能发生全反射，那么光线cO一定能发生全反射

C．假若光线bO能发生全反射，那么光线aO一定能发生全反射

D．假若光线aO恰能发生全反射，则光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度大

答案

ACD 解析

三条光线沿着指向圆心的方向由空气射向玻璃砖，在玻璃砖界面，它们的入射角为零，均不会偏折．在玻璃砖直径界面，光线aO的入射角最大，光线cO的入射角最小，它们都是从光密介质射向光疏介质，都有发生全反射的可能．如果只有一条光线发生了全反射，那一定是aO光线，因为它的入射角最大，所以选项A对．假若光线bO能发生全反射，说明它的入射角等于或大于临界角，光线aO的入射角更大，所以，光线aO一定能发生全反射，光线cO的入射角可能大于或等于临界角，也可能小于临界角，因此，光线cO不一定能发生全反射．所以选项B错，C对．假若光线aO恰能发生全反射，则光线bO和光线cO都不能发生全反射，但光线bO的入射角更接近于临界角，所以，光线bO的反射光线较光线cO的反射光线强，即光线bO的反射光线亮度较大，所以D对．

【针对训练】

某种介质对空气的折射率是2，一束光从该介质射向空气，入射角是60°，则下列光路图中正确的是(图中Ⅰ为空气，Ⅱ为介质)(

)

答案

D 12解析

由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sinC＝＝，得C＝45°＜θ1n2＝60°，故在两介质的界面上会发生全反射，只有反射光线，没有折射光线，故选项D正确．

例2．如图所示，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是(

)

答案

A 解析

光从玻璃砖射向空气时，如果入射角大于临界角，则发生全反射；如果入射角小于临界角，则在界面处既有反射光线，又有折射光线，但折射角应大于入射角，选项A正确，选项C错误．当光从空气射入玻璃砖时，在界面处既有反射光线，又有折射光线，且入射角大于折射角，选项B、D错误．

例3.

如图6所示，AB为光导纤维，A、B之间距离为s，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射，由A点传输到B点所用时间为t，求光导纤维所用材料的折射率n.(已知光在真空中的传播速度为c)

图6 答案

cts

1解析

设介质的折射率为n，则有sin α＝sin C＝n

ssin αcsn＝v，t＝v＝vsin α

ssn2由以上三式解得t＝c1＝c，

n·n所以n＝cts

三、课堂小结

1.什么叫全反射现象? 2.产生全反射的条件?

四、布置作业

1.阅读P74: 发展空间

海市蜃楼

2.书面作业

P73: 第2、3题

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