全反射（教案）-高教版第三版《物理（通用类）》【上好课】

高教版第三版《物理（通用类）》 主题六 光现象及其应用 第一节 光的折射和全反射 授课班级 授课类型 新授课 授课教师 教学时长 1课时（45分钟） 教材分析 本课承接上一课时的折射定律和光路可逆，从光由光密介质射向光疏介质时的折射变化进入全反射。通过半圆柱玻璃砖实验逐渐增大入射角，观察折射光和反射光亮度变化，建立光密介质、光疏介质、临界角和全反射概念，并用这些规律解释水中小球、倒影和海市蜃楼等现象。 学情分析 学生已有光的反射、折射和折射率基础，见过水面反光、镜面倒影等现象，但容易把“折射光消失”理解为光消失，也容易遗漏光密到光疏和入射角大于临界角两个条件。教学需借助半圆柱玻璃砖的连续观察、亮度变化记录和光路图，帮助学生把介质、角度、临界状态和全反射现象联系起来。 教学目标 1.能区分光密介质与光疏介质，描述全反射和临界角的含义及发生条件。 2.能设计并分析半圆柱玻璃砖探究，依据折射光、反射光亮度变化判断临界状态和全反射。 3.能用临界角与折射率关系进行简单判断，解释水中小球明亮表面、倒影和海市蜃楼等现象，形成用证据和光路解释生活现象的意识。 教学重难点 重点：光密介质、光疏介质、临界角和全反射的概念与条件；半圆柱玻璃砖实验的现象归纳。 难点：理解全反射不是光消失而是折射光转为反射光；根据入射方向、介质折射率和临界角准确判断是否发生全反射。 教学方法 教材情境导入、折射规律回顾、半圆柱玻璃砖探究、亮度证据记录、临界角公式分析、生活现象光路解释、合作讨论和课堂评价。 课前准备 教师准备：教材、演示课件。 学生准备：教材、笔记本。 教学环节设计 教学环节 教学内容 设计意图 教学导入 【教材情境】在平静水面下观察水鸟时，水面有时像一面镜子；把黑色小球放入水中，球面会出现奇特的明亮颜色。 【问题】光从玻璃或水射向空气时，为什么有时能同时看到折射光和反射光，有时只剩下反射光？这种现象有什么发生条件？ 学生回顾光的折射定律，比较光从光密介质射向光疏介质时的入射角、折射角和反射光变化，提出用半圆柱玻璃砖逐渐增大入射角进行探究。 【教师归纳】本课从水面反光和水中小球现象进入全反射，经历半圆柱玻璃砖探究，建立光密介质、光疏介质、临界角和全反射概念，并用它们解释生活中的光学现象。 以水面反光和水中小球现象引发认知冲突，回顾折射规律，提出光从光密介质射向光疏介质时的研究任务。 新知讲授 一、光密介质、光疏介质与全反射 【知识回顾】光从折射率较小的介质射入折射率较大的介质时，折射光线更靠近法线；从折射率较大的介质射向较小的介质时，折射角大于入射角。 【教材定义】两种介质相比较，折射率大的称为光密介质，折射率小的称为光疏介质。 【教材定义】当光从光密介质射向光疏介质，入射角大于某一角度时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象称为全反射。 【即时练习1】玻璃和空气相比，哪一种是光密介质？光从玻璃射向空气时，折射角与入射角的关系怎样？ 答案：玻璃是光密介质；折射角大于入射角。 解析：玻璃的折射率大于空气，光由光密介质射向光疏介质时，折射光线远离法线，折射角变大。 【即时练习2】全反射发生时，折射光和反射光分别有什么变化？ 答案：折射光完全消失，只剩下反射光。 解析：全反射不是没有光，而是光能量全部返回原介质，界面另一侧不再有折射光线。 【教师归纳】先比较折射率确定光密、光疏介质，再判断光由光密介质射向光疏介质时是否具备全反射的可能。 二、半圆柱玻璃砖探究全反射规律 【教材探究】将半圆柱形玻璃砖放在标有圆心角度数的白纸上，使激光沿玻璃砖半径射向圆心；从0°开始逐渐增大入射角，每隔5°记录折射光和反射光的变化。 【教材方法】沿半径入射可使光线在圆弧面处沿法线方向传播，减少圆弧面折射的干扰，便于集中观察平面界面处的折射和反射。 【教材结论】入射角增大时，折射光亮度逐渐减弱，反射光亮度逐渐增强；当折射角等于90°时达到临界状态；继续增大入射角，折射光消失并发生全反射。 【即时练习3】半圆柱玻璃砖实验为什么要让激光沿半径射向圆心？ 答案：使光线垂直射到圆弧面，尽量避免圆弧面发生折射，便于研究平面界面处的规律。 解析：沿半径入射时，光线与圆弧面法线重合，光线进入玻璃时方向基本不变，观察重点落在玻璃与空气界面。 【即时练习4】实验中折射光越来越暗、反射光越来越亮，说明入射角增大时光能量怎样变化？ 答案：越来越多的光能量由折射光转移到反射光；达到临界状态后，光能量全部以反射光形式返回。 解析：亮度变化反映了折射光和反射光的相对强弱；全反射时折射光消失，只剩反射光。 【教师归纳】实验要控制入射方式、逐步改变入射角并记录亮度和光路变化，用连续证据识别临界状态和全反射。 三、临界角及全反射现象的解释 【教材定义】在全反射现象中，刚好发生全反射、即折射角等于90°时的入射角，称为临界角，用C表示。 【教材定律】光从折射率为n的介质射向空气或真空时，临界角满足；介质折射率越大，临界角越小。 【教材数据】水的临界角约为48.8°，各种玻璃的临界角约为32°—42°，金刚石的临界角约为24.5°。 【教材观察】将表面熏黑的钢球放入水中，部分表面会呈现银白色或明亮的颜色；水面下拍摄水鸟时，较大角度的视线可能看到水鸟在水面的倒影。 【教材应用】海市蜃楼是光在密度分布不均匀的空气中不断折射并可能发生全反射形成的景象；观察者逆着光线看去，会看到远处景物出现在异常位置。 【即时练习5】已知某透明介质对空气的临界角为30°，根据临界角关系判断该介质的折射率大小，并说明理由。 答案：折射率为2，或约为2。 解析：由可得该介质的折射率为2；临界角越小，说明介质折射率越大。 【即时练习6】夏季公路上出现“路面有水”的倒影，为什么可能与全反射有关？ 答案：路面附近空气温度和密度分布不均，光线在不同空气层间不断折射，入射角增大到一定程度后发生全反射，观察者逆着反射光线看去形成水面倒影。 解析：路面并没有真的积水；空气层折射率的变化使光路弯曲并发生全反射，形成下蜃景象。 【教师归纳】临界角是全反射的分界；折射率越大的介质临界角越小，水鸟倒影、熏黑小球和海市蜃楼都可用折射与全反射解释。 按介质分类—实验探究—临界角与现象解释递进，把亮度证据、公式关系和生活光路连成知识主线。 课堂背诵 1. 提问：什么是光密介质和光疏介质？ 答案：两种介质相比，折射率大的叫光密介质，折射率小的叫光疏介质。 2. 填空：光从光密介质射向光疏介质时，折射角总是______入射角。 答案：大于。 3. 提问：什么是全反射？ 答案：光从光密介质射向光疏介质，入射角大于某一角度时，折射光完全消失、只剩反射光的现象。 4. 提问：什么是临界角？全反射的条件是什么？ 答案：折射角等于90°时的入射角叫临界角；光从光密介质射向光疏介质且入射角大于临界角时发生全反射。 5. 填空：介质折射率越大，光从该介质射向空气时的临界角越______。 答案：小。 围绕光密介质、光疏介质、全反射、临界角和发生条件组织背诵，巩固定义与规律的准确表达。 师生互动 【任务一：实验探究】设计半圆柱玻璃砖实验，写出器材摆放、入射角变化方式和需要记录的现象。 答案：玻璃砖圆心对准纸面圆心，激光沿半径射向圆心；入射角从0°逐渐增大，每隔5°记录折射光和反射光的亮度及光路变化。 【教师归纳】先控制入射方式，再逐步改变入射角，用连续记录寻找临界状态，实验结论要有证据支撑。 【任务二：临界角判断】水、玻璃、金刚石对空气的临界角分别约为48.8°、32°—42°、24.5°。比较三种介质折射率大小规律。 答案：折射率大小规律为金刚石大于玻璃大于水；临界角越小，折射率越大。 【教师归纳】临界角提供了比较介质折射能力的另一种证据，数值越小表示越容易达到全反射条件。 【任务三：现象解释】选择水中小球的明亮表面或公路上的倒影，画出关键光路并说明全反射发生的位置。 答案：应标出光从水或高折射率空气层射向较疏介质的界面，并说明入射角超过临界角后只剩反射光；观察者逆着反射光线看到明亮表面或倒影。 【教师归纳】解释生活现象要把介质、界面、入射方向、临界角和观察方向连成完整光路。 通过实验设计、临界角比较和现象解释三项任务，使学生把操作、数据、公式和光路分析相互印证。 课堂练习 1. 玻璃和空气相比，玻璃属于（　　）。 A．光疏介质 B．光密介质 C．真空介质 D．不能比较 答案：B。 解析：玻璃折射率大于空气，因此玻璃是光密介质，空气是光疏介质。 2. 光从玻璃射向空气时，入射角逐渐增大，最可能观察到的现象是（　　）。 A．折射角始终小于入射角 B．折射光越来越亮 C．折射光变暗，反射光变亮，最终只剩反射光 D．反射光完全消失 答案：C。 解析：光由光密介质射向光疏介质时折射角大于入射角；入射角增大到临界角后，折射光消失并发生全反射。 3. 解释为什么半圆柱玻璃砖实验中要让激光沿半径射向圆心，并说明这样做的好处。 答案：沿半径入射可使光线垂直射到圆弧面，减少圆弧面折射，使观察集中在平面界面处。 解析：控制入射方式是实验设计的重要环节，能排除无关界面折射对全反射观察的干扰。 4. 某小组记录到折射光逐渐变暗、反射光逐渐变亮，随后折射光消失。请写出这一过程对应的物理概念。 答案：先接近临界状态；折射角等于90°时入射角为临界角；继续增大入射角发生全反射。 解析：亮度和光路的连续变化给出了从折射到临界再到全反射的证据链。 5. 夏季公路上看到远处似乎有水面倒影。请用折射和全反射解释这一现象。 答案：地面附近空气层温度、密度和折射率分布不均，光线在空气层间不断折射，入射角增大到一定程度后发生全反射；观察者逆着反射光线看去形成倒影。 解析：公路上并不一定有水，光在不均匀空气中的折射和全反射会使远处景物的光路发生弯曲，形成下蜃。 用概念辨析、实验分析、条件判断、临界角计算和生活解释检查学生能否迁移本课核心知识。 课堂小结 【教师提问】什么是光密介质、光疏介质和全反射？ 【教师归纳】折射率大的是光密介质，折射率小的是光疏介质；光从光密介质射向光疏介质且入射角大于某一角度时会发生全反射。 【教师提问】半圆柱玻璃砖实验如何找到全反射的临界状态？ 【教师归纳】沿半径入射，逐渐增大入射角并记录折射光、反射光变化；折射角达到90°时进入临界状态，继续增大入射角则折射光消失。 【教师提问】临界角与介质折射率有什么关系？ 【教师归纳】光从介质射向空气时，临界角满足正弦值与折射率成倒数关系；折射率越大，临界角越小。 【教师提问】水中小球的明亮表面和海市蜃楼怎样解释？ 【教师归纳】这些现象都涉及不均匀介质中的折射和满足条件后的全反射，分析时要画出介质、界面和观察方向。 以介质、实验、临界角和现象四组问题回扣学习路径，形成从观察证据到全反射解释的结构。 作业布置 1．复习本节课的知识点； 2．完成课后练习； 3．整理笔记和易错题。 教学反思 ①目标达成：学生能区分光密、光疏介质，说明全反射和临界角，并解释典型生活现象。 ②典型问题：部分学生只记住“折射光消失”，忽略全反射必须从光密介质射向光疏介质且入射角超过临界角。 ③原因分析：介质折射率、传播方向、临界角和亮度变化之间的联系还不够稳定。 ④改进措施：用半圆柱玻璃砖的连续实验记录建立证据链，再通过光路图和临界角公式反复核对条件。 学科网（北京）股份有限公司 $