3.光的全反射（表格式教学设计）物理教科版2019选择性必修第一册

第3节 光的全反射 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第3节 光的全反射 教学 目标 物理观念 通过观察光的全反射实验,知道光密介质和光疏介质的概念,认识光的全反射。 科学思维 通过分析全反射的产生过程,总结归纳全反射的产生条件。 科学探究 利用全反射的规律,了解全反射棱镜及其应用,探究光导纤维的工作原理,以及光纤技术对社会经济生活的重大影响。 科学态度 与责任 通过解释潜水员看岸上景物的视角,体会全反射规律在生活中的运用;通过对光导纤维在医疗、通信等领域中应用的介绍,拓展学生的视野,激发学生对相关领域的兴趣。 教学 重难点 1.光的全反射发生条件:光从光密介质射向光疏介质且入射角大于或等于临界角(重点)。 2.临界角的物理意义及计算公式sin C＝的推导与应用(重难点)。 3.学生对“当折射角达到90°时光线沿界面传播”这一抽象概念的理解存在障碍，将全反射原理迁移到多层结构的光纤中，理解其连续反射导光机制(重点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：光从空气斜射入水、玻璃等折射率较大的介质时，折射角总是小于入射角。由于光路可逆，当光从水、玻璃等介质射入空气时，折射角则会大于入射角。当入射角增大到某一角度时，折射角将达到90°，此时如果继续增大入射角，将会出现什么情况呢？ 学生完成课前预习。 新课讲授 一、对全反射的理解 教师：我们已经知道，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作光密介质﹔而光在其中传播速度较大的介质，即折射率较小的介质叫作光疏介质。从前面的实验中我们已看到，光由光密介质（玻璃)射入光疏介质(空气）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?（播放视频） 学生：如果入射角再增大，折射光线消失，只剩下反射光线。 师生：总结“全反射”及“临界角”的定义。 (1)定义：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，折射光离法线会越来越远，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，这种现象叫作全反射，这时的入射角叫作临界角。 (2)临界角C与折射率n的关系：sin C＝。 (3)发生全反射的条件 ①光从光密介质射入光疏介质。 ②入射角大于或等于临界角。 【例1】为了测定某种材料制成的长方体的折射率，用一束光线从AB面以60°入射角射入长方体时光线刚好不能从BC面射出，如图所示，该材料的折射率是多少？ 【答案】 【详解】如题图所示，根据折射定律 由题意可知 而 联立解得 而 解得 联立解得 【针对训练1】某种介质对空气的折射率是，一束光从该介质射向空气，入射角是，则下列光路图中正确的是（图中I为空气，II为介质）（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由 得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D。 学生观看视频，回答问题。 新课讲授 二、全反射的应用 教师：播放变脸视频。请同学们认真观看视频，结合全反射的知识，小组讨论，说说变脸的原理是什么？ 学生：未灌水时，如图所示 灌水时，如图所示 教师：小组合作，结合教材，说说全反射还有哪些应用？ 学生：自行车尾灯、璀璨夺目的钻石、双筒望远镜 教师：展示学生所提到的内容图片。 教师：播放光导纤维演示视频。请同学们思考，怎么会出现“弯曲光流”的现象呢? 学生：因为出现了全反射现象。如图所示 教师：是的。下面，我们来一下分析一下。 因为sinθ3≥sinC=1/n且θ3＋θ2＝90°。 提问：请同学们小组合作，思考一下，光导纤维还有哪些应用？ 学生：纤维丝装饰、内窥镜、光纤通信等等。 教师：是的。（展示同学们提到内容的图片） 教师：播放海市蜃楼视频。视频中的蜃景和下图中的哪个场景产生蜃景条件相同？ 学生：视频中的蜃景和图中的第一幅产生蜃景条件相同。 【例２】如图所示，一根长为l=5.0 m的光导纤维用折射率n=的材料制成。一束激光由其左端的中心点以45°的入射角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右端射出，求：（计算结果保留两位有效数字） （1）该激光在光导纤维中的速度。 （2）该激光在光导纤维中传播的时间。 【答案】（1）2.1×108 m/s；（2）2.7×10-8 s。 【详解】（1）由可得v≈2.1×108 m/s （2）激光在光导纤维中光路图如图所示，由 并结合几何知识得 大于临界角45°，因此发生全反射。同理光线每次在侧面都将发生全反射，直到光线到达右端面。 由于 得 故光线在光导纤维中传播的距离为s=l 因此该激光在光导纤维中传播所经历的时间t=。t≈2.7×10-8 s 小组讨论，积极发言。 学生观看视频，回答问题。 课 堂 练 习 1.(多选)关于全反射，下列说法正确的是(　　) A．光从光密介质射向光疏介质时可能发生全反射 B．光从光疏介质射向光密介质时可能发生全反射 C．光从折射率大的介质射向折射率小的介质时可能发生全反射 D．光从传播速度小的介质射向传播速度大的介质时可能发生全反射 答案　ACD 解析　全反射的条件之一是光从光密介质射向光疏介质，折射率大的介质相对于折射率小的介质是光密介质，同一种光在不同介质中传播，传播速度小的介质相对于传播速度大的介质是光密介质，故A、C、D正确，B错误． 2.如图所示是两个城市间光缆中的一条光导纤维的一段，光缆总长为L，它的玻璃芯的折射率为n1，外层材料的折射率为n2.若光在空气中的传播速度近似为c，则对于光由它的一端射入经多次全反射后从另一端射出的过程，下列判断中正确的是(　　) A．n1<n2，光通过光缆的时间等于 B．n1<n2，光通过光缆的时间大于 C．n1>n2，光通过光缆的时间等于 D．n1>n2，光通过光缆的时间大于 答案　D 解析　光从光密介质射入光疏介质，才可能发生全反射，故n1>n2；光在内芯传播的路程s＝，光在内芯的传播速度v＝，所以光通过光缆的时间t＝＝>，故D正确． 3.如图所示，一束光从空气中垂直入射到折射率为的直角三棱镜．求从棱镜第一次射出的光线与原入射方向的偏转角度． 答案　30° 解析　如图所示，光线射到斜边时，i＝60° 设全反射的临界角为C，因为sin C＝＝，sin i＝，可得sin i＞sin C，即i＞C，故光射到斜边上时发生全反射．由几何关系知，光反射到另一直角边时的入射角i′＝30° 设光从另一直角边射出时的折射角为r，则由折射率的定义有＝，得r＝60° 所以从棱镜第一次射出的光线与原入射方向的偏转角度为α＝90°－60°＝30°. 课 堂 小 结 本节课中,学生在观察全反射演示实验的基础上,认识了全反射现象,理解了光疏介质与光密介质的概念,进而利用全反射来解释生活中的相关现象。 板 书 设 计 第3节 光的全反射 一、对全反射的理解 1．光疏介质和光密介质 (1)光疏介质：折射率较小的介质。 (2)光密介质：折射率较大的介质。 (3)光疏介质与光密介质是相对的。 2．全反射现象 (1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射。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，只剩下反射光的现象。 (2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角。光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sin C＝。 (3)全反射发生的条件 ①光从光密介质射入光疏介质。 ②入射角等于或大于临界角。 二、全反射的应用 自行车尾灯、双筒望远镜、纤维丝装饰、内窥镜、光纤通信等等。 作业 布置 1.完成教材课后作业：“自我评价”。 2.配套分层作业。 教学反思 本节课主要是探讨光发生全反射的条件以及全反射的相关应用。发生全反射的条件是本节课的重点,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。教学内容延续了前一节课中研究几何光学的一般思路,即从观察现象,到分析现象的原理规律,再到解释实际生活中的现象,进而生成研究光学问题的一般方法。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $