4.2全反射 教案-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

4.2全反射 〖教材分析〗 教材通过展示水中的气泡为什么更明亮，引入本课。在学习全反射之前还要明确几个概念，虽然全反射现象在日常生活中经常能遇到，但本节要探讨光发生全反射的条件以及相关应用。全反射及其发生的条件是本节的重点，也是培养学生科学思维，帮助他们形成物理观念的重要载体。全反射棱镜和光导纤维是对全反射原理的应用，这部分内容有利于开阔学生视野，加深对全反射的认识。 〖教学目标与核心素养〗 物理观念∶知道光密介质和光疏介质的概念，理解光的全反射现象。 科学思维∶利用全反射的知识能够画相应的光路图和计算。 科学探究：通过实验观察全反射现象，能解释生活中的全反射现象。 科学态度与责任∶了解光导纤维的工作原理及光纤技术对社会经济生活的重大影响，培养社会责任感。 〖教学重难点〗 教学重点：全反射及其发生的条件。 教学难点：全反射及其发生的条件和相关的计算问题，以及画好光路图。 〖教学准备〗 水、激光、玻璃砖、量角器等。 〖教学过程〗 一、新课引入 （播放动图）水中的气泡看上去特别明亮，这是为什么呢？ 二、新课教学 （一）全反射 要理解全反射的概念，得先吗明确光疏介质和光密介质的概念。我们已经知道不同介质的折射率通常是不同的，物理上把两种介质折射率相对较小的叫做光疏介质，折射率相对较大的小做光密介质。即 光疏介质:两种介质中，折射率相对较小的介质。 光密介质:两种介质中，折射率相对较大的介质。 要注意，这里的疏和密都是相对的。比如水、玻璃和空气三种物质相比较，水对玻璃来说是光疏介质。但对空气来说就是光密戒。 根据折射定率，显然光线由光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角，而光线由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角。 思考：光由光密介质进入光疏介质时，如果入射角不断增大，使折射角增大到 90º 时，会出现什么现象？ 演示:观察全反射现象 如图，让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，在这个边与空气的界面上会发生反射和折射。逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化。 实验现象：当光射到圆心时，一部分折射到空气中，另一部分光会反射回玻璃砖内， 再垂直于半圆面回到空气中。保持玻璃砖的位置不变，逐渐增大光线的入射角，折射角也会对应的增大。并且能够观察到折射光线越来越弱，反射光线越来越强。（播放动图展示该过程） 分析：此时由于光线从光密介质射入光疏介质，折射角大于入射角。所以当折射角达到90度时，入射角仍然小于90度。如果继续增大入射角，就会发现折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象。这种现象就叫做全反射。 全反射：光从光密介质射向光疏介质时，当入射角增大到某一角度，光线全部被反射回光密介质的现象。 从这个定义可以看出，发生全反射的条件有两个。 ①光由光密介质射向光疏介质。 如图所示，当光由光疏介质射向光密介质时，由于折射角小于入射角，虽然随着入射角的增大，折射角也增大。但肯定是入射角先增大了90度，所以折射角是不可能达到90度的。也就是说这种情况下不会发生全反射。只有光由光密介质射向光疏介质时，由于折射角大于入射角，随着入射角的增大，折射角会先到达90度。继续增大入射角，折射光线就会消失，发生全反射。 从刚才的这个过程不难发现，发生全反射的第二个条件就是入射角要足够大。 ②就是入射角要足够大 思考与讨论 由于不同介质的折射率不同，在光从介质射入空气（真空）时，发生全反射的临界角是不一样的。怎样计算光从折射率为n的某种介质射入空气（真空）发生全反射时的临界角C？ 分析：只有当入射角大于等于临界角时才会发生全反射。物理上光从光密介质射向光疏介质时，折射角等于90度时的入射角叫做临界角，用字母C表示。 临界角（C）：光从光密介质射向光疏介质时，折射角等于90度时的入射角。 根据折射定律可以列出这么个方程 变形就得到了临界角c的计算公式为 从这个关系式可以看出，介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。以下是常见物质的反射角。 介      质 水 玻璃 金刚石 折射率n 1.33 1.5~1.9 n＝2.42 临界角C 48.8 ° 32 °~ 42 ° 24.4 ° 解释课前引入的问题。 水中或玻璃中的气泡，看起来特别明亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故。 课本例题 在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，为什么？这个圆锥的顶角是多大？ 分析：如图，岸上所有景物发出的光，射向水面时入射角θ1分布在0到90°之间，射入水中后的折射角θ2都在0至临界角C之间。 解：几乎贴着水面射入水里的光线，在潜水员看来是从折射角为C的方向射来的，水面上其他方向射来的光线，折射角都小于C。因此他认为水面以上所有的景物都出现在顶角为2C的圆锥里。 由公式 和水的折射 n＝1.