高中物理第4章光的折射与全反射4.3光导纤维及其应用教案鲁科版选修3_4

光的全反射-鲁科版选修3-4教案一、教学目标1.了解何谓光的全反射。

2.了解在哪些情况下会发生光的全反射。

3.掌握计算临界角的方法。

二、教学内容1. 光的全反射当光线从密度较大的介质射向密度较小的介质时，若入射角大于一个特定的角度，发生的现象为光的全反射。

这个特定的角度被称为临界角。

2. 全反射的条件光线从密度较大的介质射向密度较小的介质时，发生全反射的条件：•因为光速在两种介质中不同，所以光线在两种介质交界面上折射；•当入射角大于一定的角度时，折射角大于 90 度，即无法再发生折射现象；•此时，光线被全反射到原介质中，与此面成反射角。

3. 临界角的计算当光线从密度较大的介质入射到密度较小的介质时，临界角可以通过下式计算：$\\sin c = \\dfrac{n_2}{n_1}$其中，c为临界角，n1为入射介质的折射率，n2为出射介质的折射率。

三、教学方法本课程的教学将采用讲授和练习相结合的方式。

讲授将帮助学生了解光的全反射的概念、原理和应用。

练习将帮助学生巩固和提高相关计算能力。

四、教学过程1. 讲授1.1. 了解光的全反射通过展示图片、视频和实验等方式，让学生了解何谓光的全反射，以及在哪些情况下会发生全反射。

同时，让学生了解物理学中反射、折射的概念。

1.2. 计算临界角让学生掌握计算临界角的方法。

在讲授的过程中，引导学生根据题目的要求，依次进行以下步骤：•根据所给介质的密度（即折射率），确定n1和n2；•将n1和n2代入计算公式 $\\sin c = \\dfrac{n_2}{n_1}$，求得临界角c。

2. 练习通过一些基础和较难难度的练习，帮助学生巩固和提高临界角计算的能力。

五、教学反思通过本次课程的教学，学生对光的全反射有了更深入的了解，懂得了什么情况下会产生光的全反射，并且掌握了计算临界角的方法。

希望在未来的学习中，学生能够运用所学知识，更好地掌握相关应用。

第3节 光的全反射 第4节 光导纤维及其应用
核心素养
物理观念
科学探究
科学思维
科学态度与责任
1.知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念。

2.理解全反射的条件，能计算有关问题和解释相关现象。

3.了解光导纤维的工作原理和光导纤维在生产、生活中的应用。

4.知道全反射棱镜的原理。

探究发生全反射的条件。

将自然现象转化为物理模型，利用光路图等知识解决全反射问题。

通过光纤技术的应用，体会物理技术应用对人类生活与社会发展的影响。

知识点一 全反射及其产生条件
[观图助学]
如图所示，你知道在玻璃砖的下表面为什么没有出现入射到空气中的折射光线吗？钻石为什么看起来特别亮？
1.全反射：光从某种介质入射到空气中时，折射角大于入射角，入射角逐渐增大，反射光变强，折射光变弱，当入射角增大到一定程度时，折射光完全消失，全部光都被反射回原介质内。

这种现象称为全反射现象，简称全反射。

2.临界角：刚好发生全反射(即折射角等于90°)时的入射角。

公式：sin C ＝1
n 。

3.光疏介质和光密介质：对两种不同的介质，折射率较小的介质叫作光疏介质，。

光导纤维及其应用三维教学目标1、知识与技能<1）知道什么是光疏介质和光密介质，理解光地全反射现象，掌握发生全反射地条件<2）理解临界角地物理意义，会根据公式确定光从介质射入真空<空气）时地临界角2、过程与方法：通过观察演示实验，使学生了解到光在两种介质界面上发生地现象(反射和折射>，观察反射光线、折射光线随入射角地变化而变化，培养学生地观察、概括能力，通过相关物理量变化规律地学习，培养学生分析、推理能力.3、情感、态度与价值观：<1）通过这部分知识地学习，使学生对自然界中许多美好地现象进行充分地认识，学会用科学知识来解释自然现象．<2）了解我国光纤技术地进展以及光导纤维在现代科技中地应用，培养爱国主义热情和科学态度．教学重点：会根据公式确定光从介质射入真空<空气）时地临界角教学难点：理解临界角地物理意义教学方法：引导、探究教学用具：光地折射演示器，半圆柱透明玻璃、直尺、1、全反射现象光传播到两种介质地界面上时，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地现象叫全反射现象.那么满足什么条件就可以产生全反射现象呢？2、发生全反射现象地条件<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地介质，即绝对折射率较大地介质，叫光密介质，而光在其中传播速度较大地介质，即绝对折射率较小地介质叫光疏介质，光疏介质和光密介质是相对地．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2：将半圆柱透镜地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地连线，点燃烟雾发生器中地烟雾源置于激光演示仪中，将接线板接通电源，打开激光器地开关.一束激光垂直于半圆柱透镜地直平面入射，让学生观察.我们研究光从半圆柱透镜射出地光线地偏折情况，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，会有微弱地反射光线和较强地折射光线，同时可观察出反射角等于入射角，折射角大于入射角，随着入射角地逐渐增大，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°时地入射角叫做临界角，用符号C表示．光从折射率为n地某种介质射到空气(或真空>时地临界角C就是折射角等于90°时地入射角，根据折射定律可得：<3）发生全反射地条件：光从光密介质进入光疏介质；入射角等于或大于临界角.3、对全反射现象地解释<1）引入新课地演示实验1被蜡烛熏黑地光亮铁球外表面附着一层未燃烧完全地碳蜡混和物，对水来说是不浸润地，当该球从空气进入水中时，在其外表面上会形成一层很薄地空气膜，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地区域，这是入射角小于临界角地区域，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地仪器.在讲完全反射棱镜再来体会它地原理就更清楚了.可先让学生观察自行车尾灯内部地结构，回想在夜间看到地现象.引导学生注意生活中地物理现象，用科学知识来解释它，从而更好地利用它们为人类服务.<3）用激光演示仪地激光光源演示光导纤维传播光地现象，或用弯曲地细玻璃棒进行演示，配合作图来解释现象：从细玻璃棒一端射进棒内地光线，在棒地内壁多次发生全反射，沿着锯齿形路线由棒地另一端传了出来，玻璃棒就像一个能传光地管子一样.实际用地光导纤维是非常细地特制玻璃丝，直径只有几μm到100μm左右，而且是由内心和外套两层组成地，光线在内心外套地界面上发生全反射，如果把光导纤维聚集成束，使其两端纤维排列地相对位置相同，这样地纤维就可以传递图像.<4）让学生阅读大气中地光现象——蒙气差、海市蜃楼、沙漠里地蜃景.小结：<1）全反射现象是非常重要地光学现象之一，产生全反射现象地条件是：①光从光密介质射到它与光疏介质地界面上，②入射角等于或大于临界角．这两个条件都是必要条件，两个条件都满足就组成了发生全反射地充要条件.<2）全反射地应用在实际生活中是非常多地．在用全反射地知识解释时，特别要注意是否满足两个条件.回答这类问题要注意逻辑推理，一般是依据条件要叙述清楚，根据要给充分，结论要简明.<3）为了给后面全反射棱镜地学习打基础．临界角是几何光学中一个非常重要地概念，但在高中阶段不深入讨论临界地情.<三）光导纤维演示：光线在“模拟光纤”中地全反射.出；b、从玻璃棒末端射出地光强度和没有插玻璃棒时，光线从小孔射出时地强度.我们都知道玻璃本来是非常坚硬地，但是有一种特制地玻璃丝，却可以做地非常柔软、非常细.现在，我们将这样地多根玻璃纤维捆绑成一束，然后，将首端地光照情况遵循某种规律，如图3，则在纤维束地末端，会出现什么情况？1．定义：光导纤维是一种利用光地全反射原理制成地能传导光地玻璃丝，由内芯和外套组成，直径只有几微M到100微M左右，内芯地折射率大于外套地折射率.应用领域：医疗，通信……申明：所有资料为本人收集整理，仅限个人学习使用，勿做商业用途.。

光导纤维及其应用-鲁科版选修3-4教案第一节：光导纤维的概述1.1 光导纤维的定义与分类光导纤维是一种能够传输光信号的一种新型技术材料。

它是由玻璃或者塑料等透明材料制成的，具有高纯度、亚微米尺寸等特征的细长杆状物。

根据纤维的结构、材料和工作波长等不同，可以将光导纤维分为单模、多模、多芯等不同类别。

1.2 光传输的原理光导纤维的传输是依靠光纤芯中的光通过反射和折射的作用，在纤维中进行传输的。

在传输过程中，光信号会多次反射和折射，从而达到传输信号的目的。

1.3 光导纤维的特点光导纤维具有以下几个特点：1.高速传输：光传输速度为光速，使得光导纤维能够以较高的速度传输信息，大大提高了数据传输的速度和效率。

2.低损耗：在通信系统中，光导纤维的传输距离可以达到几百公里，同时，光导纤维的传输过程中降低了能量损失，相比其他传输方式更加省电。

3.容量大：光导纤维具有大容量的特点，一个光导纤维可以同时传输多条信息，从而大大提高了信息传输的效率。

1.4 光传输的应用光导纤维的应用范围非常广泛，主要涉及通信、医疗、工业等领域。

以下是光导纤维的几个主要应用场景：1.光纤通信：光纤通信是光导纤维重要的应用领域之一，可成功应用于电话、互联网、宽带等通信领域，具有传输速度快、传输距离远、容量大等优势。

2.医疗领域：在医疗诊断中，光导纤维广泛应用于内窥镜、手术灯等医疗设备中，能够在医疗取样、活检等领域中得到广泛应用。

3.工业应用：光导纤维在工业检测中也得到了广泛应用，将光纤传感器应用于工业自动化控制、油井测量、电力等工业领域，可以发挥出极大的作用。

第二节：光导纤维的制作与特性2.1 光导纤维的制作光导纤维制作主要包括拉制和堆叠两种方法，其中拉制法是现代光导纤维制作的主要方法。

具体步骤如下：1.材料选择：光导纤维的材料主要包括石英玻璃、塑料等。

2.熔胶取拉法：将所选材料加热到熔化状态，然后将熔液拉成向纤维的细长杆状。

3.感应加热取拉法：该制作方法采用交变电源将电流通过感应线圈形成强磁场，使熔融材料中的金属丝在高温条件下加热熔化，然后通过机械拉伸成型。

第3节?光导纤维及其应用?学案学习目标：知道光导纤维的工作原理以及在生产、生活中的应用.根底知识：一．光导纤维导光的原理：1.原理：全反射．2．光导纤维构造(1)光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1～100 μm ，由内芯和外套两层组成(如下图)，内芯折射率比外套大，光在内芯中传播时，在内芯与外套的界面发生全反射，有效减小了光的能量损失，极大提高了传播的质量，实现了远距离传送．因此，光信号能携带着数码信息、电视图像、声音信息等沿着光纤传播到很远的地方，实现光纤通信．(2)光导纤维的折射率设光导纤维的折射率为n ，当入射光线入射角为θ1时，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如下图．那么有：sin C ＝1n ，n ＝sin θ1sin θ2，C ＋θ2＝90°， 由以上各式可得sin θ1＝n 2－1.由图可知：当θ1增大时，θ2增大，而从纤维射向空气中的光线的入射角θ减小．当θ1＝90°时，假设θ＝C ，那么所有进入纤维中的光线都能发生全反射，即有sin90°＝n 2－1，解得n ＝ 2.当光导纤维的折射率为2时，就可以使以任意角度入射的光都能发生全反射．二、光纤通信光纤通信的主要优点是传输容量大，此外光纤传输还有衰减小、抗干扰性及保密性强等多方面的优点．光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等． 重难点理解：光导纤维：用光密介质制成的用来传导光信号的纤维状的装置．(1)光纤原理：“光纤通信〞利用了全反射原理．实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，一定程度上可以弯折，直径只有几微米到一百微米之间，由内芯和外套组成．如下图，内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射，使反射光的能量最强，实现远距离传送．(2)光纤的应用：携带着数码信息、电视图像、声音等的光信号沿着光纤传输到很远的地方，实现光纤通信．典例1、如下图，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，所需最长时间为n2 c L.解析：光在光导纤维中要发生全反射，经历时间最长对应的入射角最大，即刚好发生全反射．sin C＝1n，传播路程d＝Lsin C＝nL.又v＝cn，所以t max＝dv＝nLcn＝n2Lc.典例2、稳固练习：1．华裔科学家高锟获得2021年诺贝尔物理学奖，被誉为“光纤通信之父〞．光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如下图，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播．以下关于光导纤维的说法中正确的选项是()A．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射C．波长越短的光在光纤中传播的速度越大D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大2.光在某种介质中的传播速度为1.5×108 m/s，光从此介质射向空气并发生全反射时的临界角是〔〕A.15°B.30°C.45°D.60°3.光导纤维的结构如下图，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播.以下关于光导纤维的说法正确的选项是( )A.内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B.内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射C.内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生折射D.内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用4.如下图，一段横截面为正方形的玻璃棒，中间局部弯成四分之一圆弧形状，一细束单色光由MN端面的中点垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射，然后垂直PQ端面射出．(1)求该玻璃棒的折射率；(2)假设将入射光向N端平移，当第一次射到弧面EF上时________(填“能〞“不能〞或“无法确定能否〞)发生全反射．参考答案：1.A．2.B3.A4.解析： (1)如下图单色光照射到EF弧面上时刚好发生全反射，由全反射的条件得C＝45°①由折射定律得n＝sin 90°sin C②联立①②式得n＝ 2.(2)假设将入射光向N端平移，当第一次射到弧面EF上时，入射角增大，能发生全反射．答案：(1) 2 (2)能。

光导纤维及其应用三维教学目标1、知识与技能（1）知道什么是光疏介质和光密介质，理解光的全反射现象，掌握发生全反射的条件（2）理解临界角的物理意义，会根据公式确定光从介质射入真空（空气）时的临界角2、过程与方法：通过观察演示实验，使学生了解到光在两种介质界面上发生的现象(反射和折射)，观察反射光线、折射光线随入射角的变化而变化，培养学生的观察、概括能力，通过相关物理量变化规律的学习，培养学生分析、推理能力。

3、情感、态度与价值观：（1）通过这部分知识的学习，使学生对自然界中许多美好的现象进行充分的认识，学会用科学知识来解释自然现象．（2）了解我国光纤技术的进展以及光导纤维在现代科技中的应用，培养爱国主义热情和科学态度．教学重点：会根据公式确定光从介质射入真空（空气）时的临界角教学难点：理解临界角的物理意义教学方法：引导、探究教学用具：光的折射演示器，半圆柱透明玻璃、直尺、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2：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。

光的全反射-鲁科版选修3-4教案一、教学目标1.了解光的全反射的概念和特点；2.掌握全反射角的定义；3.熟练掌握全反射的应用。

二、教学重点1.光的全反射的概念和特点；2.全反射角的定义。

三、教学难点1.光的全反射的应用。

四、教学内容及方法1. 全反射的概念和特点全反射是光线由光密介质射向光疏介质，入射角小于全反射角时发生的现象。

在全反射时，入射角等于反射角，折射角为90度。

教学方法:理论结合实例，通过讲解和练习，让学生了解全反射的概念和特点。

2. 全反射角的定义全反射角是指光线从光密介质射向光疏介质时，入射角达到某一临界角度时发生全反射的角度。

教学方法:通过举例，让学生理解全反射角的定义。

3. 全反射的应用全反射在生活中有很多应用，如光导纤维、激光加工等。

教学方法：通过实例，结合图像，让学生了解全反射在实际中的应用。

五、教学案例1. 全反射的实例将一根光导纤维插入盛有水的杯子中，向纤维中注入光线，当光线与纤维成一定角度时，光线会被纤维壁全反射。

这一现象在生活中使用广泛，如光纤通讯、医疗、激光加工等。

2. 全反射角的计算一束光线从水射向空气，已知入射角为45度，求全反射角。

解：空气的折射率为1，水的折射率为1.33，由折射定律知： >n1\sinθ1=n2\sinθ2当光线从水射向空气时，n1=1.33，n2=1，且θ2=90度，因此：>sinθ1=1/1.33θ1=48.75度由于θ1>全反射角，即θ1=θc，因此有：> θc=sin⁻¹(n2/n1)θc=sin⁻¹(1/1.33)θc=48.75度因此，全反射角为48.75度。

六、教学总结通过本节课的学习，学生们掌握了全反射的概念、特点、全反射角的定义以及在生活中的应用。

同时，学生们也通过实践和计算理解了全反射角的计算方法。

2019-2020年高中物理《光的全反射》教案鲁科版选修3-4教学目标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，并能解决有关问题。

4、知道光导纤维及其应用重点、难点1、理解全反射的现象及产生的条件。

2、临界的概念及应用。

教具多媒体辅助教学教学过程[复习提高]复习折射定律等相关内容[新课教学]一、光密介质和光疏介质两种折射率不相同的介质相比较，折射率小的介质，叫做光疏介质，折射率大的叫做光密介质说明：举具体例子（如金刚石、玻璃、水），通过相互比较，得出光疏光密介质的概念，并得出结论：光疏介质和光密介质是相对而言。

通过分析还得出两个结论：1、光由光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角2、光由光密介质进入光疏介质时，折射角小于入射角分析：光由光密介质进入光疏介质，折射角大于入射角，我们知道，折射角随入射角增大，当入射角增大到一定程度，折射角就会增大到900.提问：那么，如果入射角再增大，会出现什么情况？观察实验（课件视频）现象：折射光线随入射角的增大远离法线（折射角增大），而且强度变弱，反射光线增强，最后，当入射角达到某个角度时，折射光线消失了。

二、全反射1、全反射：光从光密介质射入光疏介质，当入射角大于或等于某个角度时，折射光线消失，只剩下反射光线的现象2、临界角：折射角等于900时是入射角n=, 因此,sinC=, C为临界角随堂练习:例1 一束光从玻璃射向空气,玻璃的折射率为,则发生全反射时,入射角为多大?提问:在光的全反射实验中,一开始并没有发生全反射现象,那么要发生全反射需要什么条件呢?请同学们从全反射定义里概括.3、发生全反射的条件：（1）光从密介质进入光疏介质（2）入射角大于或等于临界角随堂练习:例2 如图，放在空气中的平行玻璃砖，光束射到它的第一表面，则以下说法正确的是：A 、如果入射角大于或等与临界角，光在第一表面发生全反射B 、在第一表面，光由空气射入玻璃砖不会发生全反射C 、在第二表面此光由玻璃射入空气，可能发生全反射D 、由于两表面互相平行，故不论光束以多大入射角射入，第一、二表面都不会发生全反射三、光导纤维1、“光纤通信”利用全反射原理2、构造；光导纤维是非常细的玻璃丝，由内芯和外套两层组成。

光的折射定律-鲁科版选修3-4教案一、教学目标通过本节课的学习，学生应该能够： 1. 理解光的折射和反射的基本概念。

2. 理解光的折射定律，即斯涅尔定律。

3. 掌握用光线追迹法画光线的方法，能够解决相关的光学问题。

二、教学重点1.光的折射和反射2.光的折射定律3.光线追迹法三、教学难点1.光的折射定律的讲解和应用2.光线追迹法的实际应用四、教学步骤1. 上课前准备1.准备用于展示的图板或电子白板。

2.准备展示有关光线的实物或模型。

2. 导入新课1.展示幻灯片，介绍光的折射和反射的基本概念和一些实例。

2.引导学生探讨实例，思考为什么光会反射和折射。

3. 了解斯涅尔定律1.介绍斯涅尔定律的概念和公式，即折射率的正弦值是一个常数。

2.展示幻灯片，让学生看到通过斯涅尔定律计算出的角度之间的关系。

4. 光线追迹法的应用1.介绍光线追迹法的概念和用途，例如用于解决反射和折射的问题。

2.展示幻灯片，介绍如何用光线追迹法解决问题。

3.给学生提供一些实际的问题，并让他们使用光线追迹法来解决问题。

5. 总结课程内容1.强调光的折射定律和光线追迹法的重要性和应用。

2.与学生共同总结本课程的知识点和理解。

五、教学效果评估1.布置练习题，测试学生对光的折射定律和光线追迹法的掌握程度。

2.反馈学生的提问和解决问题的能力。

六、教学后续1.拓展光的折射和反射的深入理解，例如光的波动理论和光的粒子性质。

2.拓展光学方面的应用，例如光学器件和光通信技术等。

以上是本章节教学的基本步骤，希望能够对各位老师进行参考和借鉴。