全反射（课件）-高教版第三版《物理（通用类）》【上好课】

主题六 光现象及其应用 6.1 光的全反射 高教版《物理（通用类）》 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 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、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。 学习目标 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 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？ 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。 教材情境：水面为什么会像镜子？ SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 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。 光从光密介质射向光疏介质时，折射角大于入射角，折射光线远离法线。 判断顺序：先比较折射率，再确定传播方向。 光密介质与光疏介质 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 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。 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。 即时练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 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。 全反射时光没有消失，光能量以反射光的形式返回原介质。 全反射 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 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。 半圆柱玻璃砖探究 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 - 教材原图：图6-1-6 探究全反射现象的实验示意图。 [/Sources] 器材摆放 玻璃砖圆心对准纸面圆心，激光沿半径射向圆心。 改变角度 入射角从0°开始逐渐增大，每隔5°记录一次。 观察内容 同时观察折射光、反射光的亮度和传播方向。 方法作用 沿半径入射可减少圆弧面折射的干扰。 实验方法 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 入射角较小时 同时看到折射光和反射光。 逐渐增大入射角 折射光逐渐减弱，反射光逐渐增强。 超过临界状态后 折射光消失，只剩反射光，发生全反射。 实验现象与结论 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 当折射光线恰好沿界面传播时，折射角等于90°，光路到达全反射的临界状态。 临界状态 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 - 教材原图：图6-1-7 发生全反射现象时的光路。 [/Sources] 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。 临界角是发生全反射的角度分界。 临界角 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。 sin C = 1 ──── n SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 水：约48.8° 各种玻璃：约32°—42° 金刚石：约24.5° 常见介质的临界角 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 - 教材原图：图6-1-8 金刚石。 [/Sources] 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，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 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 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。 即时练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 条件一：光必须从光密介质射向光疏介质。 条件二：入射角必须大于临界角。 两个条件必须同时满足。 全反射的发生条件 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 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。 来自水中的光在球面附近到达水—空气界面，入射角超过临界角后发生全反射，观察者看到明亮的反射光。 分析关键：水是光密介质，空气是光疏介质。 水中熏黑小球 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 从水面下观察水鸟时，较大角度的视线可能看到水鸟在水面的倒影。 光从水射向空气，入射角超过临界角后发生全反射，水面就像镜面一样把光反射回水中。 倒影来自反射光，不是水面上的真实物体。 水面倒影 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 海面上方空气层的折射率随高度变化，远处景物的光线沿弯曲路径传播，观察者逆着光线看去，会看到景物的像出现在较高位置。 海面上的海市蜃楼 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 - 教材原图：图6-1-9 海面上的海市蜃楼。 [/Sources] 路面并不一定有水；不均匀空气中的折射和全反射形成下蜃。 沙漠与公路上的海市蜃楼 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 - 教材原图：图6-1-10 沙漠中的海市蜃楼；图6-1-12 公路上的海市蜃楼现象。 [/Sources] 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。 海市蜃楼 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 - 教材原图：图6-1-11 沙漠中的海市蜃楼现象。 [/Sources] 5. 某透明介质对空气的临界角为30°，求该介质的折射率。 答案： 解析：由临界角关系计算；临界角越小，介质折射率越大。 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、密度和折射率分布不均，光线不断折射并可能发生全反射，形成倒影。 解析：路面并没有真的积水；观察者逆着弯曲并反射的光线看去，形成下蜃景象。 n = 1 ──── sin 30° = 2 即时练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 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。 课堂背诵 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 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。 必须说出传播方向、角度条件以及折射光和反射光的变化。 课堂背诵 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 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。 课堂背诵 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 任务一：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。 师生互动：实验探究 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 任务二：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的大小。 答案：折射率的大小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。 师生互动：临界角判断 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 任务三：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。 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。 师生互动：现象解释 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 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。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 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；入射角超过临界角后发生全反射。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 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：控制入射方式能排除无关界面折射对全反射观察的干扰。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 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。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 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。 解析：公路上并不一定有水；观察者逆着弯曲并反射的光线看去，会看到远处景物的倒影，形成下蜃。 课堂练习 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 介质与条件 折射率大的为光密介质；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。 实验与证据 沿半径入射，逐渐增大入射角；折射光减弱、反射光增强，折射光消失后发生全反射。 临界角 折射角等于90°时的入射角为临界角；折射率越大，临界角越小。 现象解释 水中小球、倒影和海市蜃楼都要结合介质、界面、入射方向和观察方向分析。 课堂小结 SZ-LWH [Sources] - 教案：第四十一课时《全反射》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第190—193页。 [/Sources] 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。 作业布置 SZ-LWH [Sources] - 教案：第三十六课时《交流电》定稿教案。 - 教材：高教版第三版《物理（通用类）》第174—178页。 [/Sources] $