第4章 关键能力提升；光的折射和全反射的综合应用（正文）（Word版）-【未来密码】2026-2027学年高中物理选择性必修第一册关键能力提升同步学案（人教版）

该高中物理导学案聚焦光的折射和全反射综合应用，涵盖光的色散与全反射、几何光学综合问题、视深与实际深度关系等核心知识点。通过问题导入（如测量液体折射率方案）和思考讨论（如不同色光传播特点），搭建从规律辨析到实际应用的学习支架，衔接前后知识脉络。 以核心素养培养为特色，通过典例与对标训练结合，强化物理观念（光传播规律系统认知）和科学思维（光路建模与几何分析），习题融入生活科技场景（如光纤通信、露珠反光），提升实际问题转化能力，助力学生深化规律理解与综合应用。

关键能力提升: 光的折射和全反射的综合应用 【定标—核心素养】 关键能力与核心素养 考情揭秘 直击能力 定标素养 基本考查点 光的色散与全反射问题；几何光学的综合应用；视深与实际深度的关系问题 1. 规律辨析与迁移能力：精准掌握核心规律的适用边界。该能力是综合应用的基础，要求学生不仅能记忆折射定律、临界角公式等内容，更能辨析规律的适用条件，并迁移到不同色光、不同场景中。 2. 光路建模与几何分析能力：将光学问题转化为 “光路图 + 几何关系”。几何光学的本质是 “光的传播路径” 与 “几何图形” 的结合，该能力要求学生通过画光路图构建物理模型，再利用几何知识推导物理量关系，是连接 “规律” 与 “计算” 的桥梁。 3. 定量计算与推理能力：结合规律与数学工具解决复杂问题。该能力要求学生将物理规律转化为数学方程，通过代数运算、三角函数计算等工具，推导未知物理量，同时具备 “多步骤推理” 和 “误差分析” 的意识。 4. 实际问题转化能力：将生活 / 科技场景转化为光学模型。该能力是知识应用的高阶体现，要求学生从实际场景中提取光学要素，转化为熟悉的物理模型（如 “光纤通信” 转化为 “全反射模型”“露珠反光” 转化为 “全反射与折射结合模型”）。 1. 物理观念：形成 “光的传播与相互作用” 的系统认知，通过折射和全反射的综合应用，学生需形成 “光的传播遵循客观规律”“不同色光的特性差异源于频率” 的系统认知，而非孤立记忆知识点。 2. 科学思维：培养 “模型建构、科学推理、科学论证” 的思维方式，在折射和全反射综合应用中，主要体现为通过模型建构简化问题，通过科学推理推导规律，通过科学论证验证结论。 3. 科学探究：通过实验与分析，深化对规律的理解，折射和全反射的综合应用需结合实验探究，让学生在 “观察 — 提问 — 设计 — 验证” 中深化对规律的理解，而非单纯依赖理论推导。 4. 科学态度与责任：认识光学知识的科技价值与社会意义，通过折射和全反射的综合应用，让学生认识到光学知识在科技发展、生活实践中的重要作用，形成 “用科学知识解决实际问题” 的责任意识。 重点及难点 知道不同色光在折射现象和全反射现象中的传播特点；能够熟练作出光路图，会利用折射定律、全反射原理解决综合问题 题型及难度 选择题和计算题为主， 难度偏难 【本课时主要内容】 光的色散和全反射问题 几何光学的综合问题 视深和实际深度的关系问题 【答案】逐渐增大　逐渐减小　逐渐增大　逐渐减小　逐渐增大　逐渐增大　逐渐减小　逐渐增大　逐渐减小　逐渐减小 探究1　光的色散和全反射问题 【问题导入】 图示为某同学设计的一种测量液体折射率的方案。将一绿光点光源置于足够大的容器内，光源距水面深度为，水面被光源照亮的区域直径为，已知光在真空中的传播速度大小为。 【思考与讨论】 光传播至液体上表面的最短时间为多大？ 若将绿光换为红光，水面照亮的区域怎么变化？ 若将点光源换为平行水面 【典例1】如图所示,一束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的a、b两束单色光.比较a、b两束光,可知 (　　) 　典例1 A. 玻璃对光束a的折射率较大 B. 光束a在玻璃中的传播速度较大 C. 从玻璃射向空气,光束a发生全反射的临界角较小 D. 光束a的频率较大 【必备知识】光的折射与全反射. 【关键能力】　 【答案】B　 【解题思路】 【对标训练1】如图所示,有一横截面为边长为a的正三角形的三棱镜ABC,BC边为吸光材质,一平面光源可发出垂直于光源平面的平行单色光,光源平面与水平方向夹角θ为60°,光源发出的平行光穿过三棱镜的光路图如图所示,图中光线在三棱镜中的光路与BC平行,且垂直打在光屏上,下列说法正确的是 (　　) 　对标训练1 A. 三棱镜的折射率n=2 B. 从光源发出的所有经过三棱镜到达光屏的光的传播时间相等 C. 从光源发出的所有经过三棱镜到达光屏的光中,从AB中点入射的光线传播时间最短 D. 缓慢绕B点顺时针转动光源,所有光线依然都能经过三棱镜传播到光屏 【答案】B　 【解题思路】 【易错提醒】光的折射与全反射的相关计算. 探究2　几何光学的综合问题 【问题导入】 （教材改编题）在光学仪器中，“道威棱镜”被广泛用来进行图形翻转。如图，ABCD 是棱镜的横截面，是底角为45°的等腰梯形。现有与BC 平行的三条光线射入AB，已知棱镜材料的折射率。 【思考与讨论】 (1) BC面是否有光线射出棱镜? (2)从DC 射出的光线跟入射光线相比有什么特点? (3)简单阐述图形翻转的原理。 【典例2】如图所示,半径为R的半圆形玻璃砖截面上,有一束单色光斜射到圆弧面上的C点,入射光线与竖直方向的夹角为θ=30°,折射光线CD刚好与直径AB垂直,AC弧长是AB弧长的三分之一,光速为c,下列说法正确的是 (　　) 　典例2 A. 该玻璃砖的折射率n= B. 光在玻璃砖中的传播速度为c C. 光在玻璃砖中的传播时间t= D. 增大θ,入射光线可能在C点发生全反射现象 【必备知识】全反射与折射的应用. 【关键能力】　 【答案】C　 【解题思路】 【对标训练2】 如图所示,一透明玻璃砖横截面的上半部分是半径为R的半圆,下半部分是边长为2R的正方形,在玻璃砖的左侧距离为R处,有一和玻璃砖侧面平行的足够大的光屏.一束单色光沿图示方向从光屏上的P点射出,从M点射入玻璃砖.恰好经过半圆部分的圆心O,且∠MOA=45°,已知玻璃砖对该单色光的折射率n=,光在真空中的传播速度为c.求从M点射入玻璃砖到第一次射出玻璃砖,该单色光在玻璃砖内传播的时间. 　对标训练2 【答案】　 【解题思路】 【易错提醒】光的折射与全反射的综合应用. 探究3　视深和实际深度的关系问题 【问题导入】 河中有条小鱼，某时刻小鱼的实际深度为H，一人从水面正上方往水中看，他感觉到的小鱼的深度为多深？（设水的折射率为n，在角度很小的情况下，） 【思考与讨论】 小鱼在水中观察正上方距液面高为H的人的高度为多大？ 【典例3】如图所示,边长为a的立方体透明材料中心O处安装一红色点光源,O'点为上表面的中心,透明材料对该单色光的折射率为,光在真空中的传播速度为c,不考虑二次反射,则(　　) 　典例3 A. 在O'点观察到O 的深度为 B. 光从立方体中射出需要的最短时间为 C. 光从立方体射出的区域面积占立方体表面积的 D. 若点光源发出蓝光,透明材料表面有光出射的区域面积将增大 【必备知识】视深与实际深度的关系. 【关键能力】　 【答案】A　 【解题思路】 【对标训练3】翠鸟的食物以鱼类为主,翠鸟入水之后是凭借触觉来抓捕猎物的,因此在入水之前,翠鸟事先看清楚鱼的位置,在时机成熟时会张开翅膀,以俯冲的姿势,快速地冲入水中将猎物捕获.若开始时翠鸟停在距离水面1.5 m高的苇秆上,看到与水面成37°的方向有一条鱼,鱼的实际位置在水面下方40 cm处.已知水对光线的折射率为,sin 37°≈0.6,cos 37°≈0.8,则下列说法正确的是 (　　) A. 鱼看到的翠鸟比实际位置要高 B. 鱼的实际深度比翠鸟观察到的要浅 C. 翠鸟以与水面成37°的方向俯冲做直线运动即可捕获鱼 D. 鱼距离翠鸟的实际水平距离为2 m 【答案】A　 【解题思路】 【易错提醒】视深与实际深度的关系. 学科网（北京）股份有限公司 $