4.2 全反射 教学设计-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

《全反射》教学设计 1、 教学内容分析 1. 课程标准解读： 《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》对于本节内容要求“知道光的全反射现象及产生的条件。初步了解光纤的工作原理、光纤技术在生产生活中的应用”。课标要求学生了解光的全反射现象。通过演示实验认识光的全反射，知道临界角的概念，理解全反射产生的条件。知道光疏介质和光密介质，了解它们的相对性。能够解释全反射现象，会判断是否发生全反射，并能运用全反射规律分析解决有关问题。了解全反射在技术上的应用。通过了解光缆的结构，了解光导纤维的工作原理，在工作原理的基础上知道光纤技术在生产生活中的应用，例如光纤通信。学生应该密切联系生活实际进行学习，通过查阅资料，举例说明光纤在生产生活中的用途，体会光纤技术对社会生活的重大影响。 2. 教材内容分析： 《全反射》是2019年人教版高中物理选择性必修第一册第四章《光》第二节的内容，是几何光学的一个重要知识点。本节课的内容涉及直线传播、反射、折射的知识，从本质上进一步理解和应用折射定律和折射率，让学生有效体会和熟练应用光路可逆知识解决光的传播问题。所以全反射既是新知识的学习，又是对前面所学知识的巩固和深化。同时，全反射现象与生活和现代科技联系紧密，实现了课堂知识走向课外、走向生产、走向科技，所以学习这部分知识有着重要的现实意义。 3. 课时安排 依据以上的课标解读和教材分析，结合教师用书，《全反射》这节课应分为两个课时，第一个课时引导学生动手探究光的全反射现象，理解全反射的概念；第二课时主要讲解光的全反射的应用，包括全反射棱镜、光导纤维等。 2、 学情分析 在学习全反射这个新的知识之前，学生在生活中观察过部分全反射现象，但不清楚这种现象称为全反射；知道人眼能够看见物体是因为光源发出的光线进入到人眼。在学习基础方面，学生已经学习过几何光学的相关知识，了解光是沿直线传播的，知道光从一种介质进入另一种介质时会发生反射和折射，了解光的折射定律和介质的折射率；在思想方法方面，学生具备一定的分析物理问题的能力，但抽象思维和空间想象能力比较弱，初步掌握了依据探究实验概括规律的思想；此阶段的学生具备一定观察分析能力、实验动手能力及物理规律的总结能力。 基础 过往学习经验 1.在生活中观察过部分全反射现象； 2.知道人眼能够看见物体是因为光源发出的光线进入到人眼； 学习基础 概念规律 1.了解光是沿直线传播的； 2.知道光从一种介质进入另一种介质时会发生反射和折射； 3.了解光的折射定律和介质的折射率； 思想方法 1.具备一定的分析物理问题的能力，但抽象思维和空间想象能力比较弱； 2.初步掌握了依据探究实验概括规律的思想。 实验能力 具备一定观察分析能力、实验动手能力及物理规律的总结能力。 3、 教学目标 （一）物理知识与物理观念： 1. 知道光疏介质和光密介质的概念，理解光的全反射现象，掌握发生全反射的条件； 2. 理解临界角的物理意义，会根据公式确定光从介质射入真空(空气)时的临界角。 （二）科学思维与科学探究： 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，以及公式的推演，得出发生全反射的条件。 3. 通过光的全发射探究实验启发学生思考能力，培养解决问题的思维方式，培养学生们观察现象和总结结论的能力。 （三）科学态度与社会责任 1. 通过多项实验，培养学生的科学探究的兴趣、合作精神和积极参与的意识； 2. 体会自然现象背后的奇妙规律，培养求知欲及学以致用的精神。 4、 教学重难点 教学重点： 1. 掌握临界角的概念； 2. 发生全反射的条件； 教学难点： 1. 对全反射概念的解释； 5、 教法、学法选择 （一）教法 本节《全反射》课程中，我们打算采用讲授法，启发引导法，演示法，归纳总结法来进行教学。 1、 讲授法：讲授法是教师主要用语言，辅以演示，向学生传授知识、启发思维、发展能力的方法。讲授法既可以用于传授新知识，也可以用于交给学生分析问题、解决问题的方法，还可以创设情境，激发学生的求知欲，熏陶学生的科学情感。在本节课中，教师需要利用各种直观生动的现象，深入浅出地讲解全反射的相关知识，帮助学生理解临界角的概念和发生全反射的条件。 2、 启发引导法：启发引导法是由教师根据教学需要提出问题，组织学生展开课堂讨论，引导学生获得知识、发展科学思维的教学方法。本节课中启发引导法主要在观察光的全反射现象的演示实验过程中，通过“消失的硬币”演示实验，让学生自己根据现象讨论总结出相对应的规律和结论。 3、 实验演示法：教师通过展示各种实物、教具，进行示范性实验，或通过现代化教学手段，使学生获取知识的教学方法。在本课程中，教师主要通过一杯水、一枚硬币和一个空的玻璃杯进行演示实验，让学生观察硬币消失的实验现象，通过实验观察让学生思考总结，帮助其归纳相对应的全反射现象具有哪些特征。 4、 实验法：实验法的主要特点是考学生亲自动手做实验，把实验感知与思维活动紧密结合，从而获得知识、技能，提高物理学科核心素养。本课程中实验法的应用主要在探究全反射规律的实验中，通过学生亲自动手做实验，进行观察、记录、分析、综合实验现象，归纳得出结论。 （二）学法 本节《全反射》课程中，学生的学法主要有观察法，归纳总结法，小组讨论法。 1、 观察法：学生通过对于演示实验现象的观察，帮助其构建全反射的概念以及对于发生全反射的条件的理解。通过观察法，能够培养学生实事求是的科学态度。 2、 归纳总结法：通过实验后，学生在通过对于实验现象的观察，进行思考总结，归纳出全反射的定义和发生全反射的条件，帮助学生构建其完整的获取知识过程，有助于学生对于知识的理解与掌握。 3、 小组讨论法：通过教师提问以及针对于实验中遇到的问题进行讨论，与其他同学的想法相互碰撞结合，得出最终的结论，在交流讨论的过程中获取知识与能力。 6、 教学流程 7、 教学过程设计 环节 教师活动 学生活动 设计意图 情境引入 情景导入：小魔术·“消失的硬币”： 引导学生思考： 一开始将空的玻璃杯置于硬币上方，从玻璃杯的侧面可以看到硬币的位置，但往玻璃杯中加入水后，却看不见硬币了，这是为什么呢？ 教师将此时的物理情境进行简化： 分析总结出是硬币发出的光线从水进入空气的过程中，折射光线消失了，没有光线进入到人眼中，所以看不见硬币的位置。 如何解释折射光线的消失，是本节课需要学习的内容。 部分学生参与到课堂“魔术表演”中，观看“消失的硬币”演示实验现象，没法上讲台观察实验现象的同学可以通过老师提前录制的视频观察，不断思考为什么往玻璃杯中加入水后，看不见硬币了。 通过物理情境的简化，分析出此演示实验现象的本质——硬币发出的光线从水进入空气的过程中折射光线消失了。 通过观察演示实验现象创设情境，加深学生对光的全反射现象的认识，激发学生兴趣，引发求知欲。 新课讲授——光疏介质和光密介质 一、光疏介质和光密介质 教师讲解光疏介质和光密介质的定义： 1.光密介质：折射率较大的介质。 2.光疏介质：折射率较小的介质。 接着通过举例：水、酒精和玻璃的折射率和密度，引导同学明确光疏介质和光密介质概念中的注意点： （1）光疏介质和光密介质是相对的； （2）概念中的“疏”、“密”不是指密度，指的是折射率的大小。 学生学习光疏介质和光密介质的定义，并且通过水和酒精、酒精和玻璃折射率大小的比较明确光疏介质和光密介质概念中的注意点： （1）光疏介质和光密介质是相对的； （2）概念中的“疏”、“密”不是指密度，指的是折射率的大小。 介绍光疏介质和光密介质的定义，为后面明确光的全反射的定义和发生全反射的条件奠定知识基础。 分组合作探究实验：光的全发射现象 二、探究实验：光的全反射现象 教师引导学生回顾第一节《光的折射》所学的折射定律的知识，总结出： （1）光由光疏介质射入光密介质，折射角小于入射角； （2）光由光密介质射入光疏介质，折射角大于入射角 接着创设情境，提出问题：既然光由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角。可以预料，当入射角增大到一定程度，但还没有达到90°时，折射角就会增大到90°。如果入射角再增大，会出现什么现象？学生们围绕这个问题开始展开探究实验： 1.提出问题：当入射角增大到一定程度，但还没有达到90°时，折射角就会增大到90°。如果入射角再增大，会出现什么现象？ 2.假设与猜想：根据学习经验猜想折射光线会消失，即光的全反射现象。 3.制定计划设计实验：教师介绍本次探究实验提供的实验器材：红外激光光源、半圆形玻璃砖、光具圆盘。 实验方案：让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直边上，观察平直边与空气界面发生的实验现象。逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化。 4.进行实验与搜集数据：让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直边上，观察平直边与空气界面发生的实验现象。逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化，记录现象。 5.分析与论证:引导学生将观察到的实验现象进行总结：当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射，如果入射角逐渐增大，折射光离法线越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强。当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光。 6.交流与评估：不同小组同学之间互相交流各自探究观察到的实验现象及总结出来的结论，尝试分析实验中的误差。 学生经历上述提出问题、猜想与假设、制定计划设计实验、进行实验与搜集数据、分析与论证、交流与评估的完整实验过程，需要做到： 1、明确每个学生的任务进行小组分工 2、以小组为单位，设计合理可行的实验方案、分组进行实验； 可能观察到的实验现象： 总结实验结论： （1）当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射，如果入射角逐渐增大，折射光离法线越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强。 （2）当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光。 让学生经历探究光的全反射现象的实验过程，培养学生的动手操作能力、解决实际问题能力和合作意识，提高学生的科学探究能力。 新课讲授 三、全反射 依据以上探究实验，老师引导学生总结归纳实验结论，介绍全反射的定义、临界角的概念，依据以上定义和概念以及学生经历过的探究实验，总结出光发生全反射的条件： 1.光的全反射定义：当光从光密介质射入光疏介质，入射角增大到某一角度,使折射角达到90°时,折射光完全消失,只剩下反射光,这种现象叫做全反射。 2.临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角叫做临界角. 用字母表示。 3.光发生全反射的条件： （1）光从光密介质射入光疏介质 （2）入射角 临界角 学生通过回顾上述探究实验的过程及总结出的结论，学习全反射的定义、临界角的概念和光发生全反射的条件。 这一部分知识的教学遵循了由易到难，层层深入的方法。结合探究实验深入浅出地讲解全反射的定义、临界角的概念和光发生全反射的条件。 拓展深化 四、临界角的计算 教师提出问题：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的某种介质射入空气（真空）发生全反射的临界角？ 计算时可以先考虑上图情形：光以接近90°的入射角从空气射入介质，求出这时的折射角。根据光路可逆的道理，也就知道光从介质射入空气时发生全反射的临界角了。 学生思考教师提出的问题：怎样计算光从折射率为的某种介质射入空气（真空）发生全反射的临界角？ 并且掌握利用光路可逆的原理计算光从介质射入空气时发生全反射的临界角的方法。 从现象到本质，通过讲解怎样计算光从折射率为的某种介质射入空气（真空）发生全反射的临界角，让学生感受到光路可逆的原理的应用，从而掌握计算临界角的方法。 课后活动 教师留下课后活动：查阅相关资料，了解全反射的广泛应用 包括但不限于： ① 全反射棱镜； ② 光导纤维； …… 通过课后活动鼓励学生借助资源查阅相关前沿资料，了解全反射的应用，为下一个课时《光的全反射的应用》打下基础。 作业布置 课后练习题：教材P89页1（计算玻璃和金刚石的临界角）、2（发生全反射的条件） 8、 板书设计 9、 总结反思 学科网（北京）股份有限公司 $$