人教版高中物理选修3-4 13.2 全反射教学设计

13、2全反射的教学设计
利用光波传递信息，第一种方式，原理如图示：
比较用反光镜和用光纤通信的优缺点，引出光纤为什么能无损失传播光的问题，进入新课
在水中的鱼看来，水面上和岸上的所有景物，都出现在顶角约为97.6°的倒立圆锥里如图，为什么？
解：由临界公式n
C 1
sin =和水的折射率n=1.33，可求出临界角C:33.11sin =C ,︒==8.4833
.11
arcsin C 设圆锥角顶角为
θ，则θ=2C=97.6°
炎热的夏天，有时候发现柏油马路上好像有积水，可以反射马路上方的物体，但车驶过，却发现车轮没有留下任何水的痕迹，这是怎么回事
解释：柏油马路因路面颜色深，夏天在灼热的阳光下吸收能力强，所以在路面上空形成上层的空气冷、密度大，而下层空气热、密度小的分布特征。

当远处物体反射出来的光，从上层较密空气进入下层较疏空气时被不断折射，其入射角逐渐增大，增大到等于临界角时发生全反射。

这时，人要是逆着反射光线看去，就会看到蜃景。

海市蜃楼
假使在我们的东方地平线下有一艘轮船，一般情况下是看不到它的。

如果由于这时空气下密上稀的差异太大了，来自船舶的光线先由密的气层逐渐折射进入稀的气层，并在上层发生全反射，又折回到下层密的气层中来；经过这样弯曲的线路，最后投入我们的眼中，我们就能看到它的像。

由于人的视觉总是感到物像是来自直线方向的，因此我们所看到的轮船映像比实物是抬高了许多，所以叫做上现蜃。

第2课时全反射研究学考·把握考情]知识内容全反射考试要求加试b 教学要求1.区分光疏介质和光密介质2．了解光的全反射现象，知道全反射现象产生的条件3．知道光导纤维和全反射棱镜，了解它们的应用4．会计算全反射临界角知识点一全反射基础梳理]1．光疏介质和光密介质(1)折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质。

(2)光疏介质与光密介质是相对的。

2．全反射当光从光密介质射向光疏介质时，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，这种现象叫做全反射。

3．临界角(1)定义：折射角为90°时的入射角叫做临界角。

(2)临界角C与折射率n的关系：sin C＝1n。

4．发生全反射的条件当光从光密介质射入光疏介质时，如果入射角等于或大于临界角，就会发生全反射现象。

要点精讲]1．对光疏介质和光密介质的理解(1)光疏介质和光密介质是相对而言的。

(2)光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小。

(3)光从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角；反之，光由光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角。

(4)光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不指它的密度大小。

2．全反射(1)临界角：折射角为90°时的入射角称为全反射的临界角，用C 表示，sin C ＝1n。

(2)全反射的条件：①光由光密介质射向光疏介质；②入射角大于或等于临界角。

(3)全反射遵循的规律：发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用。

[例题 ] 某种介质对空气的折射率是2，一束光从该介质射向空气，入射角是60°，那么以下光路图中正确的选项是(图中Ⅰ为空气，Ⅱ为介质)( )解析 由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sin C ＝1n ＝12，得C ＝45°＜θ1＝60°，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，应选项D 正确。

课题13.2 全反射设计教师张莉莎授课教师时间年月日第周课型新授课课时1课时教学目标一、知识与能力1.理解光的全反射现象；2.掌握临界角的概念和发生全反射的条件；3.了解全反射现象的应用．二、过程与方法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三、情感态度与价值观会对日常生活的全反射现象能够分析重点难点重点：全反射条件，临界角概念及应用。

难点：临界角概念、临界条件时的光路图及解题教法教师启发、引导，学生讨论、交流。

教具PPT演示文稿教学过程设计教材处理师生活动【课前预习】1．光密介质：光疏介质：光密介质与光疏介质是。

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。

2．完成光路图学生自己阅读教材完成下面的内容通过练习了解以下内容1)、光疏媒质光密媒质是相对而言的.只有对给定的两种媒质才能谈光疏媒质与光密媒质.没有绝对的光.问题1 你能从全反射的理论上进行解释吗 ？如右图所示，一透明塑料棒的折射率为n,光线由棒的 一端面射入，当入射角i 在一定范围内变化时，光将全部从另一端面射出。

当入射角为i 时，光在棒的内侧面恰好发生全反射。

由图可知，光在左端面折射时的折射角r=C －2π. 由折射定律得：Ci rin cos sin sin sin ==。

故有：Cn C n i 2sin 1cos sin -==，11sin 212-=-=n n i n 。

所以只要1arcsin 2-≤n i ，光将全部从右端面射出。

问题2如果弯成曲线怎么办再如图3所示，一个横截面为矩形、折射率为n=1.5的玻璃条被弯成900，一束平行光由A 端面射入。

若矩形边长为d ，则只要曲率半径R ≥2d ，光均能从B 端射出。

由图可知，只要a 光线能发生全反射，则所有从A 端入射的光均能发生全反射：sini=d R R +≥sinc=n 1=5.11.解得：R ≥2d.可见，光纤通迅中，只要光导纤维弯曲满足R ≥1-n d，则利用全反射来解决学生阅读教材光导纤维可以足够细，楞弯成半圆及圆。

【正课】
实验1：水中的全反射
观察激光在水中的全反射现象
1、让光线透过杯壁射入水中
2、用木杆作为接收屏，改变入射角度观察全反射现象
分组实验2：玻璃砖中的全反射
1、引导学生认识仪器
2、明确实验目的
3、讲解实验原理
4、总结实验过程
一、全反射
1、实验现象
2、全反射定义
当光从光密介质射入光疏介质时，如果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，只剩下反射光的光学现象
3、全反射条件
（1）光线从光密介质射入光疏介质
（2）入射角等于或大于某一角度
二、临界角
1、定义：折射角等于90度，折射光线刚
好消失时的入射角
2、计算公式：
1 sin C
n
再次明确全反射条件：
1、从光密到光疏
2、入射角等于或大于临界角
例题：完成光路图
总结反思
1、必须用刻度尺作图
2、现根据条件计算临界角
3、对可知的角度进行标注，并进行必要的
计算，以辅助作图
三、全反射的应用
1、全反射棱镜
（1）截面为等腰三角形
（2）光线垂直于一边入射
（3）在玻璃内部，光线由玻璃射向空气时均发生全反射，无光线出射
（4）优点：反射率高，失真小
介绍应用
2、光导纤维
（1）结构：内芯和外套：内芯折射率更大（2）原理：光线在玻璃内部发生全反射，只在玻璃棒内沿着锯齿形路线传播（3）应用：①医学领域应用
②光纤通信：容量大衰减小抗干扰性强
解释引课实验
【总结整节课内容】
【布置作业】。

13.2全反射1、教学目标一、知识与技能：（1）掌握全反射的定义，能够判断全反射的发生条件（2）理解临界角的概念，能够运用公式计算临界角二、过程与方法：（1）通过实验操作，能够明确知道全反射现象的发生过程（2）掌握利用全反射概念做光路图的要求和方法（3）能够利用全反射知识解释一些实验现象三、情感态度与价值观：（1）通过实验，培养学习物理的兴趣（2）通过对科学家事迹的介绍，感知科学家为科学献身的伟大精神2、教学重点1、全反射现象、临界角的计算2、全反射的应用教学难点全反射的应用，对全反射现象的解释教学过程：1）课堂导入演示Ⅰ：将光亮铁球出示给学生看，在阳光下很刺眼，将光亮铁球夹在试管夹上，放在点燃蜡烛上熏黑，将试管夹和铁球置于烛焰的内焰进行熏制，一定要全部熏黑，再让学生观察．然后将熏黑的铁球浸没在盛有清水的烧杯中，现象发生了，放在水中的铁球变得比在阳光下更亮．好奇的学生误认为是水泡掉了铁球上黑色物，当老师把试管夹从水中取出时，发现熏黑的铁球依然如故，再将其再放入水中时，出现的现象和前述一样，学生大惑不解，让学生带着这个疑问开始学习新的知识——全反射现象．2）重点讲解1．全反射现象．光传播到两种介质的界面上时，通常要同时发生反射和折射现象，若满足了某种条件，光线不再发生折射现象，而全部返回到原介质中传播的现象叫全反射现象．那么满足什么条件就可以产生全反射现象呢？2．发生全反射现象的条件．(1)光密介质和光疏介质．对于两种介质来说，光在其中传播速度较小的介质，即绝对折射率较大的介质，叫光密介质，而光在其中传播速度较大的介质，即绝对折射率较小的介质叫光疏介质，光疏介质和光密介质是相对的．例如：水、空气和玻璃三种物质相比较，水对空气来说是光密介质，而水对玻璃来说是光疏介质，根据折射定律可知，光线由光疏介质射入光密介质时(例如由空气射入水)，折射角小于入射角；光线由光密介质射入光疏介质(例如由水射入空气)，折射角大于入射角．既然光线由光密介质射入光疏介质时，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？演示Ⅱ：将半圆柱透镜的半圆一侧靠近激光光源一侧，使直平面垂直光源与半圆柱透镜中心的连线，点燃烟雾发生器中的烟雾源置于激光演示仪中，将接线板接通电源，打开激光器的开关．一束激光垂直于半圆柱透镜的直平面入射，让学生观察．我们研究光从半圆柱透镜射出的光线的偏折情况，此时入射角0°，折射角亦为零度，即沿直线透出，当入射角增大一些时，此时，会有微弱的反射光线和较强的折射光线，同时可观察出反射角等于入射角，折射角大于入射角，随着入射角的逐渐增大，反射光线就越来越强，而折射光线越来越弱，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光线完全消失，只剩下反射光线．这种现象叫做全反射．(2)临界角C．折射角等于90°时的入射角叫做临界角，用符号C表示．光从折射率为n的某种介质射到空气(或真空)时的临界角C就是折射角等于90°时的入射角，根据折射定律可得：(3)发生全反射的条件．①光从光密介质进入光疏介质；②入射角等于或大于临界角．3．对全反射现象的解释．(1)引入新课的演示实验Ⅰ．被蜡烛熏黑的光亮铁球外表面附着一层未燃烧完全的碳蜡混和物，对水来说是不浸润的，当该球从空气进入水中时，在其外表面上会形成一层很薄的空气膜，当有光线透过水照射到水和空气界面上时，会发生全反射现象，而正对小球看过去会出现一些较暗的区域，这是入射角小于临界角的区域，明白了这个道理再来看这个实验，学生会有另一番感受．(2)让学生观察自行车尾灯．用灯光来照射尾灯时，尾灯很亮，也是利用全反射现象制成的仪器．在讲完全反射棱镜再来体会它的原理就更清楚了．可先让学生观察自行车尾灯内部的结构，回想在夜间看到的现象．引导学生注意生活中的物理现象，用科学知识来解释它，从而更好的利用它们为人类服务．(3)用激光演示仪的激光光源演示光导纤维传播光的现象，或用弯曲的细玻璃棒进行演示，配合作图来解释现象：从细玻璃棒一端射进棒内的光线，在棒的内壁多次发生全反射，沿着锯齿形路线由棒的另一端传了出来，玻璃棒就像一个能传光的管子一样．实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几μm到100μm左右，而且是由内心和外套两层组成的，光线在内心外套的界面上发生全反射，如果把光导纤维聚集成束，使其两端纤维排列的相对位置相同，这样的纤维就可以传递图像．(4)让学生阅读大气中的光现象——蒙气差，海市蜃楼，沙漠里的蜃景．3）问题探究探究问题1：光导纤维是如何传导光波的呢？探究过程:实验原理：利用光的折射规律探究光导纤维的传导实验器材：激光笔，盛水容器，水，丙烯树脂棒实验过程：1.分别让激光束从斜上方和斜下方射入水中，观察现象.激光在水与空气的界面上发生折射和反射.2.让已进入水中的激光束沿斜向射到水与空气的界面上.激光在界面上发生折射和反射，逐渐增大入射角，折射光线离法线越来越远，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，折射光完全消失，只剩下反射光. 3.让激光在丙烯树脂棒中传播并进行观察.让棒的一端面向光源，玻璃棒的下端就有明亮的光传出来.从玻璃棒的上端射进棒内的光线在棒的内壁多次发生全反射，沿着锯齿形路线由棒的下端传了出来，玻璃棒就像一个能传光的管子一样.探究结论:光导纤维是利用光的全反射来传导光的，光纤是一种高纯度的石英玻璃，由纤芯和包层组成，光从一端射入时，在里面会发生全反射，从而使光从一端传送到另一端. 探究问题2： 研究在水面下方观察水面上方景物时看到的现象.探究过程：方法：利用光的折射知识、全反射知识、光的色散知识来解释.（1）如图1所示，水面外的景物射向水面的光线，凡是入射角0°＜i ＜90°时，都能折射入水中，被人看到.根据折射定律，在i=90°的临界条件下，有：n=,sinr===sini 0. 因为水的临界角i 0=48.8°，所以倒立圆锥的顶角为：θ=2i 0=2r=97.6°.（2）水底发出的光线，通过水面反射成虚像，也可以在水底观察到.但是由于“洞”内有很强的折射光，所以只有在“洞”外才能看到反射光（尤其是全反射光）造成的水底景象.如图2所示.图1 图2 图3（3）光线从空气进入水中要发生色散现象.红光的折射率最小，偏向角最小；紫光的折射率最大，偏向角最大.因为眼睛感觉光线是沿着直线传播的，所以在水中看到的彩色“洞”边呈彩色，且是内紫外红的.如图3所示.探究结论:在水下时，观察到的天空都集中在一个顶角为97.6°的倒立圆锥底面的“底洞”里；“洞”外是水底的景象；“洞”边呈彩色，且彩色的顺序为内紫外红.4）难点剖析知识点一 全反射现象例1如图所示，ABCD 是两面平行的透明玻璃砖，AB 面和CD 面平行，它们分别是玻璃和空气的界面，设为界面Ⅰ和界面Ⅱ，光线从界面Ⅰ射入玻璃砖，再从界面Ⅱ射出，回到空气中，如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角，则( )A.只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象B.只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象C.不管入射角多大，光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象D.不管入射角多大，光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象r i sin sin n i sin n1【答案】 CD【解析】 在界面Ⅰ光由空气进入玻璃砖，是由光疏介质进入光密介质，不管入射角多大，都不发生全反射现象，则选项C 正确；在界面Ⅱ光由玻璃进入空气，是由光密介质进入光疏介质，但是，由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行，光由界面Ⅰ进入玻璃后再到达界面Ⅱ，在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角，因此入射角总是小于临界角，因此也不会发生全反射现象，选项D 也正确，选项C 、D 正确.误区警示 有的同学认为在界面Ⅱ，光由光密介质进入光疏介质，只要入射角足够大，就可能发生全反射现象.这是错误的，错误的原因在于孤立地讨论光在界面Ⅱ能否发生全反射现象，而没有认识到光是由界面Ⅰ进入玻璃后再到达界面Ⅱ，到达界面Ⅱ时光的入射角等于在界面Ⅰ的折射角，它的大小是受到折射定律限制的，因此在界面Ⅱ上的入射角总是小于临界角.例2如图所示，一束平行光从真空射向一块半圆形的玻璃砖，下列说法正确的是（ ）A.只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖B.只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖C.通过圆心的光线将沿直线穿过玻璃砖不发生偏折D.圆心两侧一定范围外的光线将在曲面产生全反射【答案】 BCD【解析】 垂直射向界面的光线不偏折，因而光束沿直线平行射到半圆面上，其中通过圆心的光线将沿直线穿过不发生偏折，入射角为零；由中心向外的光线，在半圆面上进入真空时的入射角逐渐增大并趋近90°角，折射角一定大于入射角，所以一定会发生全反射.方法归纳 有关全反射现象的问题，关键是理解发生全反射的条件，其次是注意法线，并作出光路图，再根据入射角与临界角的关系来判断.知识点二 折射与全反射例3已知介质对某单色光的临界角为C ，则（ ）A.该介质对单色光的折射率等于B.此单色光在该介质中的传播速度等于c·sinC （c 是光在真空中的传播速度）C.此单色光在该介质中的波长是在真空中波长的sinC 倍Csin 1D.此单色光在该介质中的频率是在真空中的倍 【答案】 ABC【解析】 由临界角的计算式sinC=，得n=，选项A 正确；将n=代入sinC=得sinC=，故v=csinC ，选项B 正确；设该单色光的频率为f ，在真空中的波长为λ0，v=λf ，故sinC==,λ=λ0sinC ，选项C 正确；该单色光由真空传入介质时，频率不发生变化，选项D 错误.方法归纳 准确地理解临界角及光在介质中传播的速度与介质折射率的关系，熟练地运用sinC=和n=进行分析推理是解题的关键. 例4一个半圆柱形玻璃体的截面如图所示，其中O 为圆心，aOb 为平面，acb 为半圆柱面，玻璃的折射率n=.一束平行光与aOb 面成45°角照到平面上，将有部分光线经过两次折射后由半圆柱面acb 射出，试画能有光线射出的那部分区域，并证明这个区域是整个acb 弧的一半.【答案】见解析【解析】：能射出的那部分光线区域如图所示.证明：根据折射定律n=sini/sinr 知sinr=sini/n=sin45°/=，可见r=30°，由全反射临界角sinC==知C=45°，由图知①号典型光线有 ∠aOd=180°-［C+(90°-r)］=180°-［45°+(90°-30°)］=75°对②号典型光线有∠bOe=180°-［C+(90°+r)］=180°-［45°+(90°+30°)］=15°可见射出区域为∠dOe 所对应的圆弧.C sin 1n 1C sin 1v c n 1cv c v 0λλn 1vc 2221n 121因∠dOe=180°-∠aOd-∠bOe=180°-75°-15°=90°.故这个区域是整个acb 弧的一半.方法归纳 折射类问题的分析方法一般是先作光路图，借助图形找出几何关系，尤其要注意在可能出现全反射情形下的折射问题，要点是求出临界角.例5半径为R 的半圆柱形玻璃，横截面如图所示，O 为圆心，已知玻璃的折射率为，当光由玻璃射向空气时，发生全反射的临界角为45°，一束光以与MN 平面成45°角的方向射向半圆柱形玻璃，求能从MN 射出的光束的宽度为多少？【答案】 R 【解析】 如图所示，进入玻璃中的光线①垂直半球面，沿半径方向直达球心位置O ，且入射角等于临界角，恰好在O 点发生全反射.光线①左侧的光线（如：光线②）经球面折射后，射在MN 上发生全反射，不能射出.光线①右侧的光线经半球面折射后，射到MN 面上的入射角均小于临界角，能从MN 面上射出.最右边射向半球的光线③与球面相切，入射角i=90°，由折射定律知：sinr==，则r=45°.故光线③将垂直MN 射出.所以在MN 面上射出的光束宽度应是OE=Rsinr=R.巧解提示 先画出光路图，再进行分析，分析时要注意全反射的条件，并要注意应用几条特殊的光线来分析问题.知识点三 全反射现象的应用——光导纤维例6 如图所示，一根长为L 的直光导纤维，它的折射率为n.光从它的一个端面射入，又从另一端面射出所需的最长时间为多少？（设光在真空中的光速为c ）222ni sin 2222【答案】 【解析】 由题中的已知条件可知，要使光线从光导纤维的一端射入，然后从它的另一端全部射出，必须使光线在光导纤维中发生全反射现象.要使光线在导纤维中经历的时间最长，就必须使光线的路径最长，即光对光导纤维的入射角最小，光导纤维的临界角为 C=arcsin 光在光导纤维中传播的路程为d==nL. 光在光导纤维中传播的速度为v=. 所需最长时间为t max ===. 方法归纳 光导纤维是全反射现象的应用，其构造由内芯和外套组成，内芯的折射率大于外套，与此题相似的一类求极值的问题，极值存在的条件均与全反射临界角有关.5）训练提升1．光从介质a 射向介质b ，如果要在a 、b 介质的分界面上发生全反射，那么必须满足的条件是( )A ．a 是光密介质，b 是光疏介质B ．光在介质a 中的速度必须大于在介质b 中的速度C ．光的入射角必须大于或等于临界角D ．光的入射角必须小于临界角【答案】 AC2．关于全反射，下列叙述中正确的是( )A ．发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非常弱B ．光从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象C ．光从光密介质射向光疏介质时，可能不发生全反射现象D ．光从光疏介质射向光密介质时，可能发生全反射现象【答案】CcL n 2n 1CL sin n c v d nc nL c L n 2【解析】发生全反射时折射光线的能量为零，折射光线消失，所以选项A错误；发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角，二者缺一不可，所以选项B、D错误，选项C正确。

课时13.2全反射1.知道光疏介质、光密介质,认识光的全反射现象。

2.知道产生全反射的条件,能解释全反射现象,会计算临界角。

3.知道全反射棱镜及其应用,初步了解光导纤维的工作原理。

重点难点:临界角的概念,全反射的原理及其应用。

教学建议:全反射现象在生活中常会遇到,本节从光的折射入手,探讨了光发生全反射的条件以及相关应用。

要理解“光密”和“光疏”的概念,不但要了解“密”与“疏”是相对而言的,还要让学生知道不能将光密与光疏跟介质密度的大小混同起来。

要正确理解临界角的概念,要知道折射角随入射角的增大而增大,而且反射光不断增强,折射光不断减弱。

全反射棱镜和光导纤维是全反射的应用,这部分内容有利于开阔学生视野,加深对全反射的认识。

导入新课:光亮的铁球,在阳光下很刺眼,将光亮铁球夹在试管夹上,放在点燃蜡烛的内焰上进行熏黑,再将熏黑的铁球浸没在盛有清水的烧杯中,奇怪的现象发生了,放在水中的铁球变得比在阳光下更亮。

1.全反射(1)光密介质和光疏介质两种介质相比,折射率较大的叫①光密介质,折射率较小的叫②光疏介质。

(2)全反射当光从光密介质射入光疏介质时,同时发生③折射和④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,⑤折射光完全消失,只剩下⑥反射光,这种现象叫作全反射。

这时的入射角叫作⑦临界角。

(3)发生全反射的必要条件a.光由⑧光密介质射入⑨光疏介质;b.入射角⑩等于或大于临界角。

2.全反射棱镜截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜,当光线垂直任意一个表面射入时,在棱镜内部都能发生全反射,所以这样的棱镜叫全反射棱镜。

全反射棱镜的反射率大于(填“大于”或“小于”)平面镜的反射率。

3.光导纤维(1)光导纤维的工作原理:光在玻璃纤维内发生全反射,光沿锯齿路线传播。

(2)光导纤维传输信息的优点:容量大、衰减小、抗干扰性强。

1.光在光疏介质中传播速度大还是在光密介质中传播速度大?解答:光疏介质。

《全反射》教学设计一、教学设计说明：根据新课程理念，以如皋市推行的活动单导学模式为基础，通过设计学生的活动，使学生成为课堂的主人，积极参与到教学活动中去。

在活动中提升学生的水平，提升学生的素质，从而促动学生的个性发展，全面发展，可持续发展。

二、教学分析1、教材的地位和作用《全反射》是新课程高中物理人教版选修3-4第十三第2节的内容，是本章的教学重点，也是教学的难点。

这个节是学生在学习了光的反射和折射之后编写的，是反射和折射的交汇点。

全反射现象的研究，是对反射和折射知识的巩固与深化。

同时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。

2、教学对象分析学生是教学过程中的主体，这个时期的学生大约在十八岁左右，已经逐步体会出教材的思想，具有较强的观察现象、提出猜想和假设、并实行实验设计、收集、信息处理的水平。

但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要通过合理的活动设计来引导学生突破难点，提升学生分析、归纳、及抽象思维水平。

三、学习目标：（一）知识与技能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，并能解决相关的问题及解释相关现象4、知道全反射棱镜和光导纤维及其应用（二）过程与方法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水平。

2、启发学生积极思维，锻炼学生的语言表达水平。

（三）情感态度与价值观1、通过科学探究培养学生的科学精神和态度，养成活学活用的习惯；2、通过对光导纤维、内窥镜的介绍和蜃景形成原因的分析，感悟物理学研究中理论与实践的辨证关系。

教育学生理论联系实际和应用辨证唯物主义的观点看待问题。

3、通过我国在光纤通信的发展，实行爱国主义教育四、重点与难点重点：全反射现象及条件；临界角的概念。

《光的全反射》设计思路：“全反射”是学生在学习光的反射和光的折射定律的基础上研究的一种重要的光现象。

它在日常生活和科学研究方面都有广泛的应用，本节课以实验为主线，通过带有魔术色彩的互动游戏“消失的人民币”引入课题，大大提高了学生参与课堂的参与度；再通过学生分组做实验研究玻璃的全发射，让学生观察、分析，揭示全反射的现象及产生的条件，通过学生间的讨论、设计、动手及合作，使学生对全反射概念的理解更加准确、丰富和全面，明确临界角的计算，光密和光疏介质的区分；然后通过全反射的应用介绍，开拓学生的视野，并解释生活中的自然现象，让学生客观正确的认知未知世界。

学情分析：1.学生学习了光的反射定律，知道光遇到不同介质时要发生反射；2.学习了光的折射定律，折射率；3.知道光由一种介质进入另一种介质时，一般会发生反射和折射。

教学目标：1.知识与技能（1）知道什么是全反射现象、光疏介质和光密介质及相对性；（2）掌握临界角的概念和发生全反射的条件；（3）了解全反射现象的应用；（4）通过实验培养学生的观察能力，归纳出发生全反射的条件，培养学生的观察、归纳能力。

2.过程与方法（1）通过实验设计和动手操作，经历科学探究的过程；（2）通过分组实验，学会科学的实验方法——实验探究法。

3.情感、态度与价值观（1）从对生活中有关物理现象的观察，渗透在探究过程中体验解决问题的成功喜悦，激发学生探索自然规律的兴趣；（2）通过互动实验，培养学生探究科学知识的兴趣和实事求是的科学态度；（3）通过全反射现象应用，培养学生运用科学理论观察分析周围事物习惯。

重点和难点：1.重点：探究全反射现象；理解临界角的概念和全反射条件。

2.难点：全反射在实际中的的运用。

教学方法：情景教学法，实验探究法，演示法，观察法，比较法，归纳法。

教学用具：烧杯、矿泉水、人民币、圆底烧瓶、铁架台、半圆形玻璃砖、激光笔、光的折射全反射实验仪、半圆形塑料薄壁水槽、大水槽、多媒体设备教学模式：情境激趣、导入主题；师生互动、主体探究；归纳应用，解释现象教学环节教学内容教学方式设计意图情境激趣、导入主题互动游戏：消失的人民币教师出示一透明的玻璃杯，拿一张百元大钞，将人民币置于杯底，倒入矿泉水，让学生观察现象，并猜测钱是否存在杯底？提出问题：为什么在侧面看不见人民币呢？教师：真是水蒙蔽了我们的眼睛啊！为什么会有这些现象呢？到底是什么原理呢？带着这两个疑惑我们开始今天的探究之旅。

全反射【学习目标】1．通过实例分析掌握光的反射定律与光的折射定律．2．学会用光的折射、反射定律来处理有关问题．3．知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念．4．能判定是否发生全反射，并能分析解决有关问题．5．明确测定玻璃砖的折射率的原理．6．知道测定玻璃砖的折射率的操作步骤．知识回顾：1. 光发生折射的条件？答：在两种不同的介质得界面上2. 光路可逆吗？答：可以3. 如果由光密介质到光疏介质一直增大入射角，会发生什么情况？答：折射光消失，只发生反射知识点一、全反射光疏介质和光密介质：光在各种介质中的传播速度和介质相对真空的折射率都是不相同的．两种介质相比较光在其中传播速度大，而折射率小的介质叫光疏介质；光在其中传播速度小，而折射率大的介质叫光密介质． 对光疏介质和光密介质的理解：（1）光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对的意义．例如：水晶（1.55n =）对玻璃（1.5n =）是光密介质，而对金刚石来说（ 2.427n =），就是光疏介质．同一种介质到底是光疏介质还是光密介质，是不确定的．（2）光若从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角；反之，光由光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角．（3）光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的密度大小．例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介质．（4）光疏介质和光密介质的比较．光疏介质和光密介质的比较表要点诠释：光疏介质、光密介质是对确定的两种介质而言的．任何两种透明介质都可以通过比较光在其中速度的大小或折射率的大小来判定谁是光疏介质或光密介质．全反射：（1）全反射现象：光由光密介质射向光疏介质时，折射角大于入射角．当入射角增人，反射光增强，折射光减弱，继续增大入射角，当折射角达到90︒时，折射光全部消失，入射光全部被反射回原介质，当入射角再增大时．入射光仍被界面全部反射回原介质，这种现象叫全反射．（2）对全反射的理解：①全反射是光的折射的特殊现象，全反射现象还可以从能量变化角度加以理解．当光线从光密介质射入光疏介质，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，发生了全反射．②发生全反射的条件：光线从光密介质射向光疏介质；入射角大于或等于临界角．③全反射遵循的规律：光由光密介质进入光疏介质发生全反射时，仍然遵守反射定律．有关计算仍依据反射定律进行． 临界角（1）临界角的定义：折射角为90︒时的入射角称为全反射临界角，简称临界角，用C 表示． 要点诠释：①光从光密介质射向光疏介质时，只要入射角大于或等于临界角C ，一定会发生全反射现象．②一般情况下，光由一种介质到达另一种介质时，光既有反射又有折射，即光的能量有一部分反射回原介质中：而另，一部分则进入其他介质中．发生全反射时，光的能量全部反射回原介质中．（2）临界角C 的表示式：由折射定律知，光由某介质射向真空（或空气）时，若刚好发生全反射，则sin 901sin sin n C C︒==． 所以1sin C n =，即1arcsin C n =． 应用全反射解决实际问题的基本方法：（1）确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质．（2）若光由光密介质进入光疏介质时，则根据1sin Cn确定临界角，看是否发生全反射．（3）根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”．（4）运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理，运算及变换进行动态分析或定量计算．应用全反射解释自然现象：（1）对“海市蜃楼”的解释：由于光在空气中的折射和全反射，会在空中出现“海市蜃楼”．在海面平静的日子，站在海滨，有时可以看到远处的空中出现了高楼耸立、街道棋布、山峦重叠等景象．这种景象的出现是有原因的．当大气层比较平静时，空气的密度随温度的升高而减小，对光的折射率也随之减小，海面上空的空气温度比空中低，空气的折射率下层比上层大．我们可以粗略地把空中的大气分成许多水平的空气层，如图所示，下层的折射率较大．远处的景物发出的光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较低的上一层的入射角越来越大，当光线的入射角大到临界角时，就会发生全反射现象．光线就会从高空的空气层中通过空气的折射逐渐返回折射率较低的下一层．在地面附近的观察者就可以观察到由空中射来的光线形成的虚像．这就是海市蜃楼的景象．如图所示．（2）对沙漠上、柏油路上的蜃景的解释：在沙漠里也会看到蜃景，太阳照到沙地上，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也小．从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，也可能发生全反射．人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒景（如图），仿佛是从水面反射出来的一样．沙漠里的行人常被这种景象所迷惑，以为前方有水源而奔向前去，但总是可望而不可即．在炎热夏天的柏油马路上，有时也能看到上述现象．贴近热路面附近的空气层同热沙面附近的空气层一样，比上层空气的折射率小．从远处物体射向路面的光线，也可能发生全反射，从远处看去，路面显得格外明亮光滑，就像用水淋过一样．（3）水或玻璃中的气泡为何特别明亮？由图可知，也是光线在气泡的表面发生全反射的结果．光纤通信全反射现象在通信中有、重要的作用，光导纤维之所以能传光、传像，就是利用了光的全反射现象，光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1m 100m μμ～．如图所示，它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，光由一端进入，在两层的界面上经多次全反射，从另一端射出．光导纤维可以远距离传播光，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像．如果把许多（上万根）此导纤维合成一束，并使两端的纤维按严格相同的次序排列，就可以以传输图像．例题3.一束光波以45︒的入射角，从AB 面射入如图所示的透明三棱镜中，棱镜折射率2n =．试求进入AB 面的折射角，并在图中画出该光束在棱镜中的光路．【答案】见解析 【解析】光在AB 面上O 点射入，由折射定律，sin 21sin 222i r n ===． 所以 30r =︒，光线射到AE 面上的D 点．由几何知识得OD BE ∥，且在AE 面上的入射角为45i =︒．在AE 面上由折射定律：112sin 22C n ===， 所以 45C =︒．故光线在AE 面发生全反射，并垂直BE 面射出，其光路图如图所示．【总结升华】光路要根据折射定律边计算边画．课堂练习一：如图示是两个同种玻璃制成的棱镜,顶角1α略大于2α,两束单色光A 和B 分别垂直射于三棱镜后,出射光线与第二界面的夹角12ββ=, 则 ( )A.A 光束的频率比B 光束的小B.在棱镜中A 光束的波长比B 光束的短C.在棱镜中B 光束的传播速度比A 光束的大D.把两束光由水中射向空气, 产生全反射, A 光的临界角比B 的临界角大【答案】AD【解析】 c os /sin n βα=∵12 αα＞∴12 n n ＜∴频率12 νν＜ 1sin C n=∴ 12C C ＞课堂练习二：如图示，有一玻璃直角三棱镜ABC ，其临界角小于45︒，一束平行于BC 边的白光射到AB 面，在光束射在三棱镜时，（设光线在三棱镜内射到BC 边上）（ ）A.从玻璃直角三棱镜BC 面，射出的是白色光束B.从玻璃直角三棱镜AC 面，射出的是白色光束C.从玻璃直角三棱镜AC面，射出的是彩色的不平行光束D.从玻璃直角三棱镜AC面，射出的是平行于入射线的彩色光束【答案】D【解析】画出光路图如图示，光在BC面全发射。

课题名称：全反射人大附中翠微学校杨璐璐学习主题：全反射的现象和条件一、整体设计思路（教学设计的思路与学习价值分析）按照物理概念的形成过程，以实验现象研究为主线进行教学:直观感受→引导学生探索、质疑→经过分析形成假设→学生探究性实验验证猜想→通过概括形成概念→深化知识加以应用。

通过学生间的讨论、动手、合作及归纳，使学生对全反射的概念和条件的理解更加准确、丰富和全面。

最后通过全反射的应用，实现知识延伸，开拓学生的视野，浸润科学推理论证的科学思维，培养提出问题、解释、交流和合作的科学探究能力，渗透科学态度和社会责任的核心素养。

二、核心素养和教学目标（指向学生素养发展的目标设计）1. 通过体验和实验，激发学习物理的兴趣，养成良好的科学态度；2. 通过理论探究和实验探究，认识光的全反射现象，理解全反射的条件和临界角的概念，培养科学推理、科学论证的科学思维，培养观察、分析、解决问题的能力；3. 通过30°和60°的量化过程，巩固折射定律，渗透量变引起质变的辩证思想，建立不同问题间的联系与差异。

4. 通过解决逻辑困惑的过程，渗透质疑创新的科学思维，提出问题、收集证据、交流评估的科学探究精神，润透学科本质和科学态度。

5. 通过解释生活中的现象，理解临界角的概念并能定量应用；初步了解光纤的工作原理，开阔视野，紧密联系现代科技和社会问题，渗透社会责任。

三、学习内容分析（教学内容及内容结构分析，重点难点分析）“全反射”是人教版高中物理新课标教材《选修3-4》第十三章《光》第2节的内容，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。

本节从光的折射入手，在直线传播、反射、折射知识的基础上，进一步理解和应用折射定律和折射率，探讨了光发生全反射的条件以及相应的应用。

全反射现象研究，既是对反射和折射知识的巩固与深化，又为下一节“几种光具对光路的控制作用实验”的学习作了铺垫。

全反射现象及发生全反射的条件是本章的重点，也是本节的重点。