人教版選修34 全反射 第1課時(shí) 教案.docx

13.2全反射【教學(xué)目標(biāo)】（一）知識(shí)與技能1知道什么是光疏介質(zhì)，什么是光密介質(zhì)。2理解光的全反射。3理解臨界角的概念，能判斷是否發(fā)生全反射，并能解決有關(guān)的問題。4知道全反射棱鏡、光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用。（二）過程與方法1會(huì)定性畫出光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)或從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)的光路圖。2會(huì)判斷是否發(fā)生全反射并畫出相應(yīng)的光路圖。3會(huì)用全反射解釋相關(guān)的現(xiàn)象。4會(huì)計(jì)算各種介質(zhì)的臨界角。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀體會(huì)本節(jié)實(shí)驗(yàn)中“讓入射光正對(duì)半圓形玻璃磚中心從曲面入射”是在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)設(shè)計(jì)者為突出主要矛盾而控制實(shí)驗(yàn)條件達(dá)到略去次要矛盾的高明做法。【教學(xué)重點(diǎn)】全反射條件，臨界角概念及應(yīng)用?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】臨界角概念、臨界條件時(shí)的光路圖及解題?！窘虒W(xué)方法】采用實(shí)驗(yàn)觀察、猜想、印證、歸納的方法得出全反射現(xiàn)象的發(fā)生條件、臨界角概念等。【教學(xué)用具】光學(xué)演示儀（由激光發(fā)生器、帶量角度的豎直面板、半圓形玻璃磚等組合）【教學(xué)過程】（一）引入新課讓學(xué)生甲到黑板前完成圖1及圖2兩幅光路圖（完整光路圖） 圖1 圖2（估計(jì)學(xué)生甲畫圖時(shí)會(huì)遺漏反射光線）師：光在入射到空氣和水的交界面處時(shí)，有沒有全部進(jìn)入水中繼續(xù)傳播呢？生：有一部分被反射回去。（學(xué)生甲補(bǔ)畫上反射光線）師：很好。甲同學(xué)正確地畫出了光從空氣進(jìn)入水中時(shí)的折射角生：小于入射角。師：光從水中進(jìn)入空氣時(shí)，折射角生：大于入射角。師：對(duì)。那么如果兩種介質(zhì)是酒精和水呢？請(qǐng)乙同學(xué)到前面來完成光路圖。 圖3 圖4學(xué)生乙順利完成兩圖。（二）進(jìn)行新課1光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)（1）給出光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)概念。（2）讓學(xué)生指出圖1中的光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)，再指出圖2中的光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)。讓學(xué)生自己體會(huì)出一種介質(zhì)是光密介質(zhì)還是光疏介質(zhì)其實(shí)是相對(duì)的。（3）（投影片出示填空題）光從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，折射角_入射角；光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，折射角_入射角。（本題讓學(xué)生共同回答）2全反射（設(shè)置懸念，誘發(fā)疑問）師：在圖2和圖3中，折射角都是大于入射角的。設(shè)想，當(dāng)入射角慢慢增大時(shí)，折射角會(huì)先增大到90，如果此時(shí)我們?cè)僭龃笕肷浣?，?huì)怎么樣呢？（這時(shí)可以讓學(xué)生自發(fā)議論幾分鐘）生甲：對(duì)著圖2說，可能折射到水中吧？。師：可能會(huì)出現(xiàn)圖5這種情況嗎？（其余學(xué)生有的點(diǎn)頭，有的猶疑）生乙：應(yīng)該沒有了吧？生丙：最好做實(shí)驗(yàn)看看。師：好，那就讓我們來做實(shí)驗(yàn)看看。（1）出示實(shí)驗(yàn)器材，介紹實(shí)驗(yàn)。師：半圓形玻璃磚可以繞其中心o在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)如圖6所示，入射光方向不變始終正對(duì)o點(diǎn)入射。（2）請(qǐng)學(xué)生畫出圖7中光線到達(dá)界面時(shí)的反射和折射光路。學(xué)生丙畫出了圖8中的光路圖。教師點(diǎn)撥入射點(diǎn)a處曲面的法線是怎樣的？想一想法線的性質(zhì)是什么？生：和界面垂直。師：如果界面是曲面呢？應(yīng)和該處曲面的切面垂直，再啟發(fā)學(xué)生想想圓上每一點(diǎn)的切線和該點(diǎn)半徑的關(guān)系，學(xué)生悟出a處的法線就是oa. 進(jìn)而畫出正確的光路圖如圖9。（3）讓學(xué)生畫出光線入射到界面時(shí)的反射光路和折射光路。（學(xué)生順利完成圖10）（4）觀察實(shí)驗(yàn)師：現(xiàn)在我們來研究光入射到界面時(shí)所發(fā)生的反射和折射現(xiàn)象。轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃磚，讓光線在界面處的入射角漸增。問你們看到了什么現(xiàn)象？生甲：入射角增大，反射角和折射角都增大。生乙：反射光越來越亮，折射光越來越暗。繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃磚，學(xué)生看到當(dāng)折射角趨于90時(shí)，折射光線已經(jīng)看不見了，只剩下反射光線。繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃磚，增大入射角，都只有反射光線。（學(xué)生恍然大悟）師：什么結(jié)果？生：折射角達(dá)到90時(shí)，折射光線沒有了，只剩下反射光線。師：這種現(xiàn)象就叫全反射。3發(fā)生全反射的條件（1）臨界角c要求學(xué)生根據(jù)看到的現(xiàn)象歸納（學(xué)生討論思考）生甲：入射角要大于某一個(gè)值。師：對(duì)，我們把這“某一值”稱為臨界角，用字母c表示。重復(fù)實(shí)驗(yàn)至折射角恰等于90時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃磚。讓前面的學(xué)生讀出此時(shí)的入射角即臨界角c約為42左右。師：后面的學(xué)生看不見讀數(shù)，那我現(xiàn)在告訴你們這種玻璃的折射率n=1.5，請(qǐng)你們算出這種玻璃的臨界角。（學(xué)生覺得無從下手）教師啟發(fā)想想當(dāng)入射角等于臨界角c時(shí)，折射角多大？學(xué)生領(lǐng)會(huì)，列出算式：=n師：這樣對(duì)嗎？錯(cuò)在哪兒？生甲：光不是從空氣進(jìn)入玻璃。師：對(duì)了。你們自己改正過來。學(xué)生列出正確計(jì)算式：=sinc=代入n算得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)基本相符。教師點(diǎn)明臨界角的計(jì)算公式：sinc=（2）發(fā)生全反射的條件師：毫無疑問，入射角大于等于臨界角是條件之一，還有其他條件嗎？生乙：光從玻璃進(jìn)入空氣。師：可以概括為生：光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)。師：很好，記住，是兩個(gè)條件，缺一不可。投影例題教材74頁。師生一起分析解決問題。4全反射的應(yīng)用全反射棱鏡和光導(dǎo)纖維（1）學(xué)生閱讀課本有關(guān)內(nèi)容。（2）教師補(bǔ)充介紹有關(guān)光纖通信的現(xiàn)狀和前景。（3）演示課本光纖實(shí)驗(yàn)，不過改用前面實(shí)驗(yàn)中的激光束來做，效果很好。（4）輔助練習(xí)投影片如圖11表示光在光導(dǎo)纖維中的傳播情況，纖維為圓柱形，由內(nèi)芯和涂層兩部分構(gòu)成.內(nèi)芯為玻璃，折射率為n0；涂層為塑料，折射率為n1，且n1n0.光從空氣射入纖維與軸線成角.光線在內(nèi)芯側(cè)壁上發(fā)生多次全反射后至纖維的另一端射出。若內(nèi)芯的折射率n0=1.5，涂層的折射率n1=1.2，求入射角最大不超過多少度光線才能在內(nèi)芯壁上發(fā)生全反射。參考答案：64.16知道什么是光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)，理解它們具有相對(duì)性.2.理解全反射現(xiàn)象，掌握臨界角的概念和全反射的條件.3.利用全反射條件，應(yīng)用臨界角公式解答相關(guān)問題.4.了解全反射棱鏡和光導(dǎo)纖維 典例精析： 一、對(duì)全反射的理解和有關(guān)計(jì)算例1某種介質(zhì)對(duì)空氣的折射率是，一束光從該介質(zhì)射向空氣，入射角是60，則下列光路圖中正確的是(圖中為空氣，為介質(zhì))()解析由題意知，光由光密介質(zhì)射向了光疏介質(zhì)，由sinc得c45160，故此時(shí)光在兩介質(zhì)的界面處會(huì)發(fā)生全反射，只有反射光線，沒有折射光線，故d選項(xiàng)正確答案d例2如圖4所示，一玻璃球體的半徑為r，o為球心，ab為直徑來自b點(diǎn)的光線bm在m點(diǎn)射出，出射光線平行于ab，另一光線bn恰好在n點(diǎn)發(fā)生全反射已知abm30，求：圖4(1)玻璃的折射率；(2)球心o到bn的距離解析(1)設(shè)光線bm在m點(diǎn)的入射角為1，折射角為2，由幾何知識(shí)可知，130，260，根據(jù)折射定律得n代入數(shù)據(jù)得n(2)光線bn恰好在n點(diǎn)發(fā)生全反射，則bno為臨界角csinc設(shè)球心到bn的距離為d，由幾何知識(shí)可知drsinc聯(lián)立式得dr答案(1)(2)r二、全反射的應(yīng)用例3光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)如圖5所示，其內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播以下關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法正確的是()圖5a內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射b內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射c內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生折射d內(nèi)芯的折射率與外套的相同，外套的材料有韌性，可以起保護(hù)作用解析光導(dǎo)纖維很細(xì)，它的直徑只有幾微米到一百微米，它由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射答案a例4空氣中兩條光線a和b從方框左側(cè)入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖6所示方框內(nèi)有兩個(gè)折射率n1.5的玻璃全反射棱鏡下圖給出了兩棱鏡的四種放置方式的示意圖其中能產(chǎn)生圖中效果的是()圖6解析四個(gè)選項(xiàng)產(chǎn)生光路效果如下圖：由上圖可知b項(xiàng)正確答案b課堂練習(xí)：1.(對(duì)全反射的理解)光從介質(zhì)a射向介質(zhì)b，如果要在a、b介質(zhì)的分界面上發(fā)生全反射，那么必須滿足的條件是()aa是光密介質(zhì)，b是光疏介質(zhì)b光在介質(zhì)a中的速度必須大于在介質(zhì)b中的速度c光的入射角必須大于或等于臨界角d光的入射角必須小于臨界角答案ac2(全反射的應(yīng)用)關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法，正確的是()a光導(dǎo)纖維是由高級(jí)金屬制成的，所以它比普通電線容量大b光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲，但導(dǎo)電性能特別好，所以它比普通電線衰減小c光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲，由內(nèi)芯和外套兩層組成，光纖是利用全反射原理來實(shí)現(xiàn)光的傳導(dǎo)的d在實(shí)際應(yīng)用中，光導(dǎo)纖維必須呈筆直狀態(tài)，因?yàn)閺澢墓饫w是不能導(dǎo)光的答案c解析光導(dǎo)纖維的作用是傳導(dǎo)光，它是直徑為幾微米到一百微米之間的特制玻璃絲，且由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大載有聲音、圖象及各種數(shù)字信號(hào)的激光傳播時(shí)，在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射，光纖具有容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中，光纖是可以彎曲的3(全反射的有關(guān)計(jì)算)如圖7所示，水的折射率為n，水面上漂浮著一圓木板，圓木板中央插著一根大頭針，且在水中部分長為h.若從圓木板四周恰好看不到大頭針的頂尖p，則圓木板的面積是多少？圖7答案解析若從圓木板四周恰好看不到大頭針的頂尖p，則從p點(diǎn)發(fā)出的光線射到圓木板邊緣時(shí)恰好發(fā)生全反射，即在空氣中沒有出射光線，設(shè)圓木板半徑為r，同tanc，又由全反射公式得sinc，cosc.即tanc，則r.面積sr2.作業(yè)：題組一全反射現(xiàn)象及理解1以下哪些現(xiàn)象是由光的全反射造成的()a在岸上能看見水中的魚b夜晚，湖面上映出了岸上的彩燈c夏天，海面上出現(xiàn)的海市蜃樓d水中的氣泡看起來特別明亮e用光導(dǎo)纖維傳輸光信號(hào)答案de2下列說法正確的是()a因?yàn)樗拿芏却笥诰凭拿芏?，所以水是光密介質(zhì)b因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎?，所以水?duì)酒精來說是光疏介質(zhì)c同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較大d同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較小答案bd解析本題考查對(duì)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎?，所以水?duì)酒精來說是光疏介質(zhì)；由v可知，光在光密介質(zhì)中的傳播速度較小3關(guān)于全反射，下列說法中正確的是()a發(fā)生全反射時(shí)，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認(rèn)為不存在折射光線而只有反射光線b光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，一定會(huì)發(fā)生全反射c光線從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)，不可能發(fā)生全反射d水或玻璃中的氣泡看起來特別亮，是因?yàn)橐徊糠止鈴乃虿Ａ湎驓馀輹r(shí)，在界面發(fā)生了全反射答案cd解析光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，當(dāng)入射角增大到某一角度后，折射光線完全消失，只剩下反射光線的現(xiàn)象叫全反射，故a、b錯(cuò)誤，c正確；光從水或玻璃射向氣泡時(shí)，一部分光線在界面發(fā)生了全反射，即反射光增強(qiáng)，透射光減弱，就使氣泡看起來特別亮，d正確4光線從折射率為的介質(zhì)中射向空氣，如果入射角為60，如圖所示光路可能的是()答案c解析根據(jù)sinc可求出臨界角為45，由于入射角大于臨界角，則必定發(fā)生全反射，因此只有反射光線而無折射光線5一束光從空氣射向折射率為n的某種玻璃的表面，如圖1所示，i表示入射角，r表示折射角，則()圖1a當(dāng)i45時(shí)，會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象b無論入射角i是多大，折射角r都不會(huì)超過45c欲使折射角r30，光線應(yīng)以i45的角度入射d當(dāng)tani時(shí)，反射光線跟入射光線恰好互相垂直答案bc解析光從空氣(光疏介質(zhì))向玻璃(光密介質(zhì))中射入時(shí)，無論i多大，都不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象；當(dāng)i90時(shí)由n得sinr，即r45，當(dāng)i變小時(shí)，r變小，即r45；當(dāng)r30時(shí)，則sininsinr，所以i45；當(dāng)tani時(shí)，由n知，r90i，則此時(shí)反射光線與折射光線互相垂直6如圖2所示，一束平行光從真空中垂直射向一塊半圓形的玻璃磚的平面界面，下列說法正確的是()圖2a只有圓心兩側(cè)一定范圍內(nèi)的光線不能通過玻璃磚b只有圓心兩側(cè)一定范圍內(nèi)的光線能通過玻璃磚c通過圓心的光線將沿直線穿過玻璃磚而不發(fā)生偏折d圓心兩側(cè)一定范圍外的光線將在曲面上產(chǎn)生全反射答案bcd解析垂直射向界面的光線不偏折，因而光束沿直線平行射到半圓面上，其中通過圓心的光線將沿直線穿過而不發(fā)生偏折，入射角為零由圓心向外的光線，在半圓面上進(jìn)入真空時(shí)的入射角逐漸增大并趨近90角，折射角一定大于入射角，所以圓心兩側(cè)一定范圍外的光線將在半圓面上發(fā)生全反射題組二全反射的應(yīng)用7下列選項(xiàng)為光線由空氣進(jìn)入全反射玻璃棱鏡再由棱鏡射入空氣的光路圖可以發(fā)生的是()答案a解析光垂直等腰直角三角形的某直角邊射入玻璃棱鏡時(shí)，在斜邊發(fā)生全反射，故a正確8光導(dǎo)纖維由折射率為n1的材料制成內(nèi)芯，在外層包上折射率為n2的外套，光線在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射下列說法中正確的是()a內(nèi)芯和外套的折射率應(yīng)滿足n1n2b內(nèi)芯和外套的折射率應(yīng)滿足n1n2c從左端面入射的光線，其入射角必須大于某值，光才能被傳導(dǎo)d從左端面入射的光線，其入射角必須小于某值，光才能被傳導(dǎo)答案ad解析光導(dǎo)纖維內(nèi)芯的折射率要大于外套的折射率，這樣才能使光線發(fā)生全反射，但在界面上要發(fā)生全反射還需要在界面上的入射角大于或等于臨界角，由幾何關(guān)系知，光線在左端面的入射角越大，在界面處的入射角就越小9自行車尾燈采用了全反射棱鏡的原理，它雖然本身不發(fā)光，但在夜間行駛時(shí)，從后面開來的汽車發(fā)出的強(qiáng)光照在自行車尾燈上，會(huì)有較強(qiáng)的光被反射回去，使汽車司機(jī)注意到前面有自行車尾燈由透明介質(zhì)做成，其外形如圖3所示下列說法中正確的是()圖3a汽車燈光應(yīng)從左面射過來，在尾燈的左表面發(fā)生全反射b汽車燈光應(yīng)從左面射過來，在尾燈的右表面發(fā)生全反射c汽車燈光應(yīng)從右面射過來，在尾燈的右表面發(fā)生全反射d汽車燈光應(yīng)從右面射過來，在尾燈的左表面發(fā)生全反射答案b10.某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率開始玻璃磚的位置如圖4中實(shí)線所示，使大頭針p1、p2與圓心o在同一直線上，該直線垂直于玻璃磚的直徑邊，然后使玻璃磚繞圓心o緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在玻璃磚的直徑邊一側(cè)觀察p1、p2的像，且使p2的像擋住p1的像當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時(shí)，上述現(xiàn)象恰好消失此時(shí)只須測量出_，即可計(jì)算出玻璃磚的折射率請(qǐng)用你測量的量表示出折射率n_.圖4答案玻璃磚直徑邊繞o點(diǎn)轉(zhuǎn)過的角度解析若半圓形玻璃磚轉(zhuǎn)過角時(shí)在半圓形玻璃磚直徑邊一側(cè)恰好看不到p1、p2的像，那么此時(shí)恰好發(fā)生了全反射如圖所示，過p1、p2的光線在玻璃磚內(nèi)的入射角為，在空氣中折射角