3. 光的全反射教案和课堂实录

四川省荣县中学校 教案

第四章

3 光的全反射

教学课题

教学课型

新课

知识目标

课时

光的反射

1 课时

(1)理解光的全反射现象；

(2)掌握临界角的概念和发生全反射的条件；

(3)了解全反射现象的应用．

教学目标

能力目标

通过观察演示实验，理解光的全反射现象，概括出发生全反射的条件，培养学生的观察、概括能力；通过观察演示实验引起学生思维海洋中的波澜，培养学生透过现象分析本质的方法、能力．

德育目标

渗透学生爱科学的教育，培养学生学科学、爱科学、用科学的习惯，生活中的物理现象很多，能否用科学的理论来解释它，更科学的应用生活中常见的仪器、物品．

教学重点

重点是掌握临界角的概念和发生全反射的条件，折射角等于90°时的入射角叫做临界角，当光线从光密介质射到它与光疏介质的界面上时，如果入射角等于或大于临界角就发生全反射现象．

全反射的应用，对全反射现象的解释．光导纤维、自行车的尾灯是利用了全反射现象制成的；海市蜃楼、沙漠里的蜃景也是由于全反射的原因而呈现的自然现象．

引导探究

实验与计算机相结合

1．全反射现象演示仪，半圆柱透明玻璃(半圆柱透镜)．

2．弯曲的细玻璃棒(或光导纤维)．

教学环节

导

言

演示Ⅰ将光照亮光纤的一端，让学生看光纤的另一端，让学生光纤的另一端为什么会有光线射出？带着这个疑问开始学习新的知识——全反射现象．

一、全反射现象及条件

[自主学习]——学生阅读教材完成下列填空

1．光密介质和光疏介质

(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，而光在其中传播速度较大的介质，即绝对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．

例如：水、空气和玻璃三种物质相比较，水对空气来说是光密介质，而水对玻璃来说是光疏新课教学

介质，

[导学探究] 根据折射定律可知，光线由光疏介质射入光密介质时(例如由空气射入水)，折射角小于入射角；光线由光密介质射入光疏介质(例如由水射入空气)，折射角大于入射角．

既然光线由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角，由此可以预料，当入射角增大到一定程度时，折射角就会增大到90°，如果入射角再增大，会出现什么情况呢？

[导学探究]

如图1，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，并思考以下问题. 备课时间

授课时间

2018.4.10—4.15 2018.4.16 教学难点

教学方法

教学手段

教学用具

1

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图1 (1)在入射角逐渐增大时，折射角的大小如何变化？

(2)在入射角逐渐增大时，反射光线和折射光线的亮度如何变化？

(3)折射界面两侧的介质的折射率有何不同？

演示Ⅱ将半圆柱透镜的半圆一侧靠近激光光源一侧，使直平面垂直光源与半圆柱透镜中心的连线，点燃烟雾发生器中的烟雾源置于激光演示仪中，将接线板接通电源，打开激光器的开关．一束激光垂直于半圆柱透镜的直平面入射，让学生观察．我们研究光从半圆柱透镜射出的光线的偏折情况，此时入射角0°，折射角亦为零度，即沿直线透出，当入射角增大一些时，此时，会有微弱的反射光线和较强的折射光线，同时可观察出反射角等于入射角，折射角大于入射角，随着入射角的逐渐增大，反射光线就越来越强，而折射光线越来越弱，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光线完全消失，只剩下反射光线．这种现象叫做全反射．

[知识梳理] 2．全反射现象．

(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叫全反射现象．

那么满足什么条件就可以产生全反射现象呢？

(2) 发生全反射的条件．

①光需从光密介质进入光疏介质；

②入射角等于或大于临界角．

(3)临界角C 折射角等于90°时的入射角叫做临界角，用符号C表示．

①光从折射率为n的某种介质射到空气(或真空)时的临界角C就是折射角等于90°时的入射角．

根据折射定律可得：

sin901n

sinCsinC②临界角C与折射率n的关系：sinC3．对全反射现象的解释．

(1)引入新课的演示实验Ⅰ．被蜡烛熏黑的光亮铁球外表面附着一层未燃烧完全的碳蜡混和物，对水来说是不浸润的，当该球从空气进入水中时，在其外表面上会形成一层很薄的空气膜，当有光线透过水照射到水和空气界面上时，会发生全反射现象，而正对小球看过去会出现一些较暗的区域，这是入射角小于临界角的区域，明白了这个道理再来看这个实验，学生会有另一番感受．

(2)让学生观察自行车尾灯．用灯光来照射尾灯时，尾灯很亮，也是利用全反射现象制成的仪器．在讲完全反射棱镜再来体会它的原理就更清楚了．可先让学生观察自行车尾灯内部的结构，回想在夜间看到的现象．引导学生注意生活中的物理现象，用科学知识来解释它，从而更好的利用它们为人类服务．

2 1

n

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(3)用激光演示仪的激光光源演示光导纤维传播光的现象，或用弯曲的细玻璃棒进行演示，配合作图来解释现象：

从细玻璃棒一端射进棒内的光线，在棒的内壁多次发生全反射，沿着锯齿形路线由棒的另一端传了出来，玻璃棒就像一个能传光的管子一样．

[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．( ) 二、全反射的应用——光导纤维

[导学探究]

如图2所示是光导纤维的结构示意图，其内芯和外套由两种光学性能不同的介质构成．构成内芯和外套的两种介质，哪个折射率大？为什么？

图2 [知识梳理]

1．光纤的工作原理：由于有机玻璃的折射率大于空气的折射率，当光从有机玻璃棒的一端射入时，可以沿着有机玻璃棒的表面发生多次全反射，从另一端射出．

2．光导纤维的构造：由两种折射率不同的玻璃制成，分内、外两层，内层玻璃的折射率比外层玻璃的折射率大．当光从一端进入光纤时，将会在两层玻璃的界面上发生全反射．

3．光纤通讯的优点是容量大、衰减小、抗干扰能力强、传输速率高．

4．应用：光纤通信；医学上的内窥镜；潜艇中的潜望镜．

实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几μm到100μm左右，而且是由内心和外套两层组成的，光线在内心外套的界面上发生全反射，如果把光导纤维聚集成束，使其两端纤维排列的相对位置相同，这样的纤维就可以传递图像．

(4)让学生阅读大气中的光现象——蒙气差，海市蜃楼，沙漠里的蜃景．

1．全反射现象是非常重要的光学现象之一，产生全反射现象的条件是：①光从光密介质射到它与光疏介质的界面上，②入射角等于或大于临界角．这两个条件都是必要条件，两个条件都满足就组成了发生全反射的充要条件．

小

结

2．全反射的应用在实际生活中是非常多的．在用全反射的知识解释时，特别要注意是否满足两个条件．回答这类问题要注意逻辑推理，一般是依据条件要叙述清楚，根据要给充分，结论要简明．

3．为了给后面全反射棱镜的学习打基础．临界角是几何光学中一个非常重要的概念，但在高中阶段不深入讨论临界的情况．

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