选修3-4 全反射

全反射教学目标一、知识目标1.知道什么是光疏介质，什么是光密介质.2.理解光的全反射.3.理解临界角的概念，能判断是否发生全反射，并能解决有关的问题.4.知道光导纤维及其应用.二、能力目标1.会定性画出光疏介质进入光密介质或从光密介质进入光疏介质时的光路图.2.会判断是否发生全反射并画出相应的光路图.3.会用全反射解释相关的现象.4.会计算各种介质的临界角.三、德育目标1.体会本节实验中“让入射光正对半圆形玻璃砖中心从曲面入射”是在设计实验时设计者为突出主要矛盾而控制实验条件达到略去次要矛盾的高明做法.2.通过对蜃景现象的学习再次明确一切迷信或神话只不过是在人们未能明了科学真相时才托付于自然力的一种做法.●教学重点全反射条件，临界角概念及应用.●教学难点临界角概念、临界条件时的光路图及解题.●教学方法本节课主要采用实验观察、猜想、印证、归纳的方法得出全反射现象的发生条件、临界角概念等，对阅读材料“蜃景”补充了录像资料或CAI课件，使其有更生动的感性认识.●教学用具光学演示仪（由激光发生器、带量角度的竖直面板、半圆形玻璃砖等组合）●教学过程一、引入新课让学生甲到黑板前完成图19—21及图19—22两幅光路图（完整光路图）（学生甲画图时遗漏了反射光线）［教师］光在入射到空气和水的交界面处时，有没有全部进入水中继续传播呢？［学生］有一部分被反射回去.（学生甲补画上反射光线）［教师］很好.甲同学正确地画出了光从空气进入水中时的折射角…［学生齐答］小于入射角.［教师］光从水中进入空气时，折射角…［学生齐答］大于入射角.［教师］对.那么如果两种介质是酒精和水呢？二、新课教学（一）光密介质和光疏介质1.给出光密介质和光疏介质概念.2.让学生指出图19—21中的光密介质和光疏介质，再指出图19—23中的光密介质和光疏介质.让学生自己体会出一种介质是光密介质还是光疏介质其实是相对的.3.光从光疏介质进入光密介质，折射角________入射角；光从光密介质进入光疏介质，折射角________入射角.（本题让学生共同回答）（二）全反射（设置悬念，诱发疑问）［教师］在图19—22和图19—23中，折射角都是大于入射角的设想，当入射角慢慢增大时，折射角会先增大到90°，如果此时我们再增大入射角，会怎么样呢？（这时可以让学生自发议论几分钟）［学生甲］对着图19—22说是折射到水中去吗？［教师］你认为会出现图19—25这种情况吗？（其余学生有的点头，有的犹疑）［学生乙］应该没有了吧.［学生丙］最好做实验看看.［教师］好，那就让我们来做实验看看.1.出示实验器材，介绍实验.［教师］半圆形玻璃砖可以绕其中心O在竖直面内转动如图19—26所示，入射光方向不变始终正对O点入射.继续转动玻璃砖，学生看到当折射角趋于90°时，折射光线已经看不见了，只剩下反射光线.继续转动玻璃砖，增大入射角，都只有反射光线.（学生恍然大悟）［教师］什么结果？［学生］折射角达到90°时，折射光线没有了，只剩下反射光线.［教师］这种现象就叫全反射.（三）发生全反射的条件1.临界角C［要求学生根据看到的现象归纳］ （学生讨论思考）［学生甲］入射角要大于某一个值.［教师］对，我们把这“某一值”称为临界角，用字母C 表示.重复实验至折射角恰等于90°时停止转动玻璃砖.让前面的学生读出此时的入射角即临界角C 约为42°左右.［教师］后面的学生看不见读数，那我现在告诉你们这种玻璃的折射率n =1.5，请你们算出这种玻璃的临界角.（学生觉得无从下手）［教师启发］想想当入射角等于临界角C 时，折射角多大？学生领会，列出算式：sin90sin C=n ［教师］这样对吗？错在哪儿？ ［学生甲］光不是从空气进入玻璃. ［教师］对了.你们自己改正过来.学生列出正确计算式： sin90sin C =n1sin C =n 1代入n 算得结果与实验基本相符.教师点明临界角的计算公式：sin C =n12.发生全反射的条件［教师］毫无疑问，入射角大于等于临界角是条件之一，还有其他条件吗？ ［学生乙］光从玻璃进入空气. ［教师］可以概括为…［学生］光从光密介质进入光疏介质.［教师］很好，记住，是两个条件，缺一不可. 3.巩固练习（四）全反射的应用——光导纤维 1.学生阅读课本有关内容.2.教师补充介绍有关光纤通信的现状和前景（附后）.3.演示课本光纤实验，不过改用前面实验中的激光束来做，效果很好.4.辅助练习［投影片］如图19—32表示光在光导纤维中的传播情况，纤维为圆柱形，由内芯和涂层两部分构成.内芯为玻璃，折射率为n 0;涂层为塑料，折射率为n 1，且n 1＜n 0.光从空气射入纤维与轴线成θ角.光线在内芯侧壁上发生多次全反射后至纤维的另一端射出.若内芯的折射率n 0=1.5，涂层的折射率n 1=1.2，求入射角θ最大不超过多少度光线才能在内芯壁上发生全反射. 参考答案：64.16°（五）自然界中的全反射现象1.水或玻璃中的气泡看起来特别的明亮,图解如图19—33.2.大气中的光现象 (1)海市蜃楼 (2)沙漠蜃景（学生阅读课本上的相关内容） （六）延伸拓展1.在全反射现象演示实验中，入射光为什么要正对O 点入射？若不这样会怎样？ （先让学生自己猜想、议论）［演示］学生将看到图19—34所示的情况（图中未画完所有的光路）.［教师］看到了吧，这样我们将眼花缭乱看得头晕.体会到设计者构思的巧妙了吗？这种做法就叫控制实验条件.是为了突出所要研究的问题.这是实验研究中常用的一种方法.想想你们以前做的实验中有哪些是控制实验条件的？［学生］验证牛顿第二定律实验让木板倾斜以平衡摩擦力. ［学生］验证a ~F 关系时让m 不变.［教师］你们体会的很好.希望你们能学以致用.2.［投影］在盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮杯侧.从水面上观察水中的试管.在试管内装上水，再观察记录你看到的现象，并作出解释（图19—35）.（学生课后到实验室做） 三、小结本节课我们学习的知识主要有1.光密介质和光疏介质2.光的全反射［CAI课件］动态展示加文字说明：（1）光在入射到两种介质的交界面处时，通常一部分光被反射回原来的介质，另一部分光进入第Ⅱ种介质并改变了传播方向.（2）当光由光密介质射向光疏介质时，当入射角等于或大于临界角时，光全部被反射回原介质中去，称做全反射现象..（3）当折射角增大到90°时的入射角称为临界角C（参考图19—36）3.光导纤维的原理及它广阔的应用前景.4.自然界中的全反射现象水中的气泡，阳光照射下的露珠特别明亮.炎热夏天的马路有时看上去特别明亮等.四、布置作业课本P18练习四（3）（4）（5）.五、板书设计。

2024年高中物理全反射优质教案高中物理全反射优质教案 1一、教材分析《全反射》是高中物理选修3—4的必修内容，这一节是在学生学习了光的反射、光的折射之后编写的，是反射和折射的交汇点。

本节就从光的折射入手，探讨了光发生全反射的条件，以及相关应用。

全反射现象与人们的日常生活以及现代科学技术的发展紧密相关，所以，学习这部分知识有着重要的现实意义。

二、教学目标1、知识目标：（1）理解光密介质、光疏介质的概念及全反射现象；掌握临界角的概念和全反射条件；了解全反射的应用。

（2）培养学生观察、分析、解决问题的能力。

2、能力目标：（1）用实验的方法，通过讨论、分析过程，用准确的语言归纳全反射现象；培养学生创新精神和实践能力。

（2）启发学生积极思维，锻炼学生的语言表达能力。

3、情感、态度和价值观目标：（1）培养学生学习物理的兴趣，进行科学态度、科学方法教育。

（2）感悟物理学研究中理论与实践的辨证关系。

三、教学重点难点重点：临界角的概念及全反射条件难点：全反射现象的应用四、学情分析学生是教学过程中的主体，这个时期的学生学习了物理一、二册的教材，已经逐步体会出教材的思想，但是大多数学生的抽象思维和空间想象能力还比较低，对物理现象和知识的理解、判断、分析、和推理常常表现出一定的主观性、片面性、和表面性，这就要求在教学过程中合理安排、指导和引导学生突出重点、突破难点，提高学生分析、归纳、及抽象思维能力。

五、教学方法1、教学方法采用直观、感性的'实验和视频，将演示实验与多媒体的模拟分析有机的结合起来。

课堂上，尽可能多的留给学生参与教学的思维空间。

恰当的设疑，引导学生猜想，再通过演示和多媒体分析，最后得出结论。

学生既实现了从感性知识到理性知识的飞跃，又体会到了“设疑————猜想————实验————分析————结论”的研究方法2、学案导学：见后面的学案3、新授课教学基本环节：预习检查、总结疑惑→情境导入、展示目标→合作探究、精讲点拨→反思总结、当堂检测→发导学案、布置预习六、课前准备1、学生的学习准备：结合学案预习本节内容。

专题六全反射的综合应用(时间：90分钟，满分：100分)一、选择题(本题共12小题，每小题5分，共60分．在每小题所给的四个选项中，至少有一个选项符合题意)1．下列现象应用了全反射原理的是()A．平面镜反射光线改变了光的传播方向B．早晨，在太阳光照射下的露水珠特别明亮C．静止的水面形成岸旁景物清晰的“倒影”D．教室里的黑板“反光”，部分同学看不清黑板上的内容2．空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图甲所示．方框内有两个折射率n＝1.5的全反射玻璃棱镜．下列选项中给出了两棱镜四种放置方式的示意图．其中能产生如图甲所示效果的是()3．光导纤维由折射率为n1的材料制成内芯，在外层包上折射率为n2的外套，光线在内芯与外套的界面上发生全反射．下列说法中正确的是()A．内芯和外套的折射率应满足n1>n2B．内芯和外套的折射率应满足n1<n2C．从左端面入射的光线，其入射角必须大于某值，光才能被传导D．从左端面入射的光线，其入射角必须小于某值，光才能被传导4．如图所示，已知介质Ⅰ为空气，介质Ⅱ的折射率为2，则下列说法正确的是()A．光线a、b都不能发生全反射B．光线a、b都能发生全反射C．光线a发生全反射，光线b不发生全反射D．光线a不发生全反射，光线b发生全反射5．如图，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O 点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是( )6．如图所示，水的折射率为n ，水面上漂浮着一圆木板，圆木板中央插着一根大头针，且在水中部分长为h .若从圆木板四周恰好看不到大头针的顶尖P ，则圆木板的面积为( ) A.πh n 2－1 B.πh n 2＋1 C.πh 2n 2－1 D.πh 2n 2＋17．如图所示，为一块透明的光学材料的剖面图，在其上建立直角坐标系xOy ，设该光学材料的折射率沿y 轴正方向均匀减小．现有一束单色光a 从原点O 处以某一入射角θ由空气射入该材料内部，则单色光a 在该材料内部可能的传播途径是下图中( )8．如图，半圆形玻璃砖置于光屏PQ 的左下方．一束白光沿半径方向从A 点射入玻璃砖，在O 点发生反射和折射，折射光在光屏上呈现七色光带，a 、b 是其中的两单色光．若入射点由A 向B 缓慢移动，并保持白光沿半径方向入射到O 点，观察到各色光在光屏上陆续消失．下列说法正确的是( )A ．紫光最先消失B ．红光最先消失C ．a 光在玻璃中的传播速度小于b 光在玻璃中的传播速度D ．通过同一双缝发生干涉，a 光相邻条纹间距小于b 光条纹间距9.如图所示，一束红光P A 从A 点射入一球形水珠，光线在第一个反射点B 反射后到达C 点，CQ 为出射光线，O 点为球形水珠的球心．下列判断中正确的是( )A ．光线在B 点可能发生了全反射B ．光从空气进入球形水珠后，波长变长了C ．光从空气进入球形水珠后，频率增大了D ．仅将红光改为紫光，光从A 点射入后到达第一个反射点的时间增加了10．频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如图所示，下列说法正确的是()A．单色光1的波长小于单色光2的波长B．在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度C．单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间D．单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角11．如图所示为一直角棱镜的横截面，∠bac＝90°，∠abc＝60°.一平行细光束从O点沿垂直于bc面的方向射入棱镜．已知棱镜材料的折射率n＝2，若不考虑原入射光在bc面上的反射光，则有光线()A．从ab面射出B．从ac面射出C．从bc面射出，且与bc面斜交D．从bc面射出，且与bc面垂直12．一玻璃砖横截面如图所示，其中ABC为直角三角形(AC边未画出)，AB为直角边，∠ABC＝45°；ADC为一圆弧，其圆心在BC边的中点．此玻璃的折射率为1.5.P为一贴近玻璃砖放置的、与AB垂直的光屏．若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入玻璃砖，则()A．从BC边折射出一宽度与BC边长度相等的平行光B．屏上有一亮区，其宽度小于AB边的长度C．屏上有一亮区，其宽度等于AC边的长度D．当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时，屏上亮区先逐渐变小然后逐渐变大的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)13.(8分)如图所示，一玻璃球体的半径为R，O为球心，AB为直径．来自B点的光线BM在M点射出，出射光线平行于AB，另一光线BN恰好在N点发生全反射．已知∠ABM＝30°，求：(1)玻璃的折射率；(2)球心O到BN的距离．14.(8分)如图所示，某种透明物质制成的直角三棱镜ABC，∠A等于30°，一束光线在纸面内垂直AB边射入棱镜，发现光线刚好不能从BC面射出，而是最后从AC面射出．求：(1)透明物质的折射率n；(2)光线从AC面射出时的折射角α.(结果可以用α的三角函数表示)15．(12分)如图所示为用某种透明材料制成的一块柱形棱镜的截面图，圆弧CD为半径为R的四分之一的圆周，圆心为O，光线从AB面上的某点入射，入射角θ1＝45°，它进入棱镜后恰好以临界角射在BC面上的O点．(1)画出光线由AB面进入棱镜且从CD弧面射出的光路图；(2)求该棱镜的折射率n；(3)求光线在该棱镜中传播的速度大小v(已知光在空气中的传播速度c＝3.0×108 m/s)．16.(12分)一个半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为R的半圆，AB为半圆的直径，O为圆心，如图所示．玻璃的折射率为n＝ 2.(1)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束在AB上的最大宽度为多少？(2)一细束光线在O点左侧与O相距32R处垂直于AB从下方入射，求此光线从玻璃砖射出点的位置．参考答案与解析1．[145] 【解析】选B.平面镜反射光线改变了光的传播方向，这是光的反射现象，故A 错误；露水中有时看上去特别明亮，是由于光从露水射入空气时发生全反射形成的，故B 正确；静止的水面形成岸旁景物清晰的“倒影”，这是光的反射现象，故C 错误；教室里的黑板“反光”，部分同学看不清黑板上的内容，是由光的反射导致的，故D 错误．2．[146] 【解析】选B.四个选项产生的光路效果如下图所示：由上图可知B 项正确．3．[147] 【解析】选AD.光导纤维内芯的折射率要大于外套的折射率，这样才能使光线发生全反射，但在界面上要发生全反射还需要在界面上的入射角大于或等于临界角，由几何关系知，光线在左端面的入射角越大，在界面处的入射角就越小．4．[148] 【解析】选A.根据发生全反射的条件，光从光密介质射到光疏介质中时，介质Ⅱ对介质Ⅰ来说是光密介质，所以光线从介质Ⅱ射入介质Ⅰ可能发生全反射，临界角sin C ＝1n ＝12，C ＝45°.注意题图中光线b 与界面的夹角为60°，而此时的入射角为30°，30°<45°，故光线b 不能发生全反射，故正确选项为A.5．[149] 【解析】选A.①光从玻璃砖射向空气时，如果入射角大于临界角，则发生全反射；如果入射角小于临界角，则在界面处既有反射光线，又有折射光线，但折射角应大于入射角，选项A 正确，选项C 错误．②当光从空气射入玻璃砖时，在界面处既有反射光线，又有折射光线，且入射角大于折射角，选项B 、D 错误．6．[150] 【解析】选C.当P 点光线射到圆木板边缘时恰好发生全反射，即在空气中没有出射光线，则圆木板半径r ＝h tan C ，又由全反射公式sin C ＝1n ，cos C ＝n 2－1n， 即tan C ＝1n 2－1，则r ＝h n 2－1.面积S ＝πr 2＝πh 2n 2－1，C 正确． 7．[151] 【解析】选D.由于光线从空气射入透明的光学材料，则y 轴作为入射界面，所以法线在x 轴上，因为该光学材料的折射率沿y 轴正方向均匀减小，所以开始折射光线向x 轴方向偏．8．[152] 【解析】选A.光线从玻璃砖射入空气，入射角增大时，折射角也增大，折射光强度减弱．当入射角达到全反射临界角时该光将发生全反射，从光屏上消失．因紫色光的折射率最大，发生全反射的临界角最小，故紫光最先发生全反射，在光屏上最先消失．红光最后发生全反射，在光屏上最后消失，故A 正确，B 错误；根据偏折程度可知a 光的折射率小于b 光的折射率，由v ＝c n分析可知a 光在玻璃中的传播速度大于b 光在玻璃中的传播速度，故C 错误；光的折射率小，频率小，波长长，而双缝干涉条纹的间距与波长成正比，所以a 光双缝干涉条纹间距大于b 光条纹间距，故D 错误．9．[153] 【解析】选D.由于从A 点折射时的折射角等于从B 点反射时的入射角，由光路可逆性可知，光线在B 点不会发生全反射，选项A 错误；光从空气进入水珠后，光的传播速度变小，频率不变，由v ＝λf 可知，波长变短，选项B 、C 错误；仅将红光改为紫光，紫光在A 点折射后的折射角变小，路径变长，且由v ＝c n知，v 红＞v 紫，则紫光到达第一个反射点的时间增加，选项D 正确．10．[154] 【解析】选AD.由题图可知，光线1的折射率大，频率高，波长小，在介质中传播速度小，因而产生全反射的临界角小，选项A 、D 正确，B 错误．设玻璃板的宽度为d ，由n ＝sin θ1sin θ2，在玻璃板中传播的距离l ＝d cos θ2，传播的速度v ＝c n，所以光在玻璃板中传播的时间t ＝l v ＝d sin θ1c sin θ2cos θ2＝2d sin θ1c sin 2θ2，若光线1、2的折射角为θ2和θ2′，满足θ2＋θ2′＝90°时，有sin 2θ2＝sin 2θ2′，两种色光透过玻璃砖的时间相同，所以两束光在玻璃砖中传播的时间可能相等也可能不相等，选项C 错误．11．[155] 【解析】选BD.依题意作出光在棱镜中的光路图，如图所示，显然，光在ab 面上的入射角为i ＝60°，大于光在该棱镜中的全反射临界角C ＝arcsin 22＝45°，则光在ab 面上发生全反射，接着以i ′＝30°的入射角射到ac 界面上，因i ′＜45°，光在ac 面上不发生全反射而发生反射和折射，其反射角i ′＝30°，反射光线正好与bc 面垂直，故B 、D 两项正确．12．[156] 【解析】选BD.材料的折射率n ＝1.5，临界角小于45°，从AB 面射入的所有光线在BC 面上都发生全反射，所以没有光线从BC 面射出，A 错误；从AB 面中间附近射入的光线到达圆弧ADC 面时，入射角较小，不发生全反射，可以从圆弧面折射出来，所以屏上有一亮区，其宽度小于AB 边的长度，故B 正确；当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时，屏上亮区先逐渐变小，一旦越过折射光线的交点后，亮区逐渐变大，故D 正确．13．[157] 【解析】(1)设光线BM 在M 点的入射角为i ，折射角为r ，由几何知识可知，i ＝30°，r ＝60°，根据折射定律得n ＝sin r sin i，代入数据得n ＝ 3. (2)光线BN 恰好在N 点发生全反射，则∠BNO 为临界角C ，sin C ＝1n设球心到BN 的距离为d ，由几何知识可知d ＝R sin C ，联立得d ＝33R . 【答案】(1)3 (2)33R 14．[158] 【解析】(1)由题意可知，光线从AB 边垂直射入，恰好在BC 面发生全反射，光线最后从AC 面射出，光路图如图．设该透明物质的临界角为C ，由几何关系可知C ＝θ1＝θ2＝60°，sin C ＝1n解得：n ＝233. (2)由几何关系知：β＝30°由折射定律n ＝sin αsin β，解得：sin α＝33. 【答案】(1)233 (2)sin α＝3315．[159] 【解析】(1)如图所示．(2)光线在BC 面上恰好发生全反射，入射角等于临界角C ，sin C ＝1n ，cos C ＝n 2－1n. 光线在AB 界面上发生折射，折射角θ2＝90°－C ，由几何关系得sin θ2＝cos C .由折射定律得n ＝sin θ1sin θ2，解得n ＝62. (3)光线在该棱镜中传播的速度大小v ＝c n＝6×108 m/s. 【答案】见解析16．[160] 【解析】(1)在O 点左侧，设从E 点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角θ，则OE 区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，如图．由全反射条件有sin θ＝1n① 由几何关系有OE ＝R sin θ② 由对称性可知，若光线都能从上表面射出，光束的宽度最大为l ＝2OE③联立①②③式，代入已知数据得l＝2R.(2)设光线在距O点32R的C点射入后，在上表面的入射角为α，由几何关系及①式和已知条件得α＝60°＞θ光线在玻璃砖内会发生三次全反射，最后由G点射出，如图．由反射定律和几何关系得OG＝OC＝3 2R射到G点的光有一部分被反射，沿原路返回到达C点射出．【答案】见解析。