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视频课题：人教版选修3-4第十四章第二节《全反射》福建省 - 龙岩
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人教版选修3-4第十四章第二节《全反射》福建省 - 龙岩
人教版高中物理选修3-4 第十三章 光
第2节 《全反射》 教学设计
设计思路：
教学方法采用直观、感性的演示实验和多媒体视频辅助教学。课堂上，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----应用”的研究方法。本节课的教学设计欲体现 “以学生为主体”的新课程理念，教学中以让学生能够掌握物理研究方法和物理思维方法为依据，在完成知识目标的同时，注重了过程与方法的情感、态度与价值观的养成，在教学中，通过师生互动、生生互动等探究活动，充分调动学生学习的主动性和积极性,形成了一种和谐、有效的课堂教学气氛，真正的体现学生的主体地位。
学情分析：
1、学生学习了光的反射定律，知道光遇到障碍物时要发生反射； 2、学习了光的折射定律，折射率；
3、知道光由一种透明介质进入另一种透明介质时，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，概括出发生全反射的条件，培养学生的观察、概括能力。 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）通过演示实验，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）通过全反射现象的应用，培养学生运用科学理论观察分析周围事物的习惯；
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。
教学器材：
2
玻璃缸、水杯、试管、金属小球、小电珠、蓄电池、导线、痱子粉、塑料盆、圆形泡沫塑料板、细竹杆。
教学过程：
一、情境激趣、导入主题
演示实验：奇妙的“光镀”。
将小球放入试管中，然后将试管斜插入盛水的玻璃缸中，从水面上方观察水中的试管，与在空气中的试管有什么区别？能看到小球吗？向试管中注入清水，又会看到什么现象？
演示与现象：先将小球入试管，展示给学生看，能清楚看清试管中的小球。当试管斜插入水中时，试管内壁好像镀了一层银，小球不见了。再往试管中注入清水，小球又重新显现。
学生通过观察奇妙的现象，提高学习兴趣，激发求知欲。
二、师生互动、主体探究
1、光密介质和光疏介质 （1）知识回顾（光的折射）：r
in
sinsin
、
vcn 情景：一束光线以相同的入射角1从空气射入介质1和介质2时，若2>3，则介质1的折射率
1n和介质2的折射率2n满足：1n_______2n.
引出新概念：对于两种介质来说，我们把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．．．．。光疏介质与光密介质是相对的。例如：水、酒精和玻璃三种物质相比较，酒精对水来说是光密介质，而酒精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．
2．发生全反射现象的条件
（1）问题讨论：光线从空气透过半圆形玻璃砖再射入空气，下列光路图中可能正确的是：（ ）
学生讨论后请一学生回答并说明理由。
3
引导学生思考：对C图，若增大入射角，则折射角和入射角哪个先达到900，当折射角达到900
时会发生什么现象，此时继续增大入射角，又会看到什么现象？ （2）实验探究 ① 演示实验
实验（一）：将半圆形玻璃砖的半圆一侧靠近激光光源一侧，开始时激光垂直于半圆形玻璃砖的直
平面（通过圆心）入射，此时入射角0°，折射角亦为0°，即沿直线透出，当入射角增大时，让学生观察发生的现象。
实验（二）：将半圆形玻璃砖的直平面一侧靠近激光光源一侧，开始时激光垂直于半圆形玻璃砖的直平面（通过圆心）入射，光从空气入射到半圆形玻璃砖，在增大入射角，让学生观察发生的现象。
提醒学生仔细观察，关注折射角和反射角与入射角的大小关系，折射光线、反射光线亮度的如何变化。
现象：实验（一）中，当入射角增大到某一值时，折射光线消失。此时继续增大入射角时，只有反射光线，没有折射光线。 引出概念：
临界角C：折射角等于900
时的入射角。
全反射：当光从一种介质射入另一种介质，入射角增大到某一角度，折射光完全消失，只剩反射光的现象。
② 问题讨论：
i）实验（一）中，折射光线是突然消失还逐渐消失？随着入射角增大，反射光和折射光的亮度分别发生怎样的变化？能否从能量守恒的角度加以解释。
ii）在实验（二）中，随着入射角的增大，会发生全反射现象吗？为什么？ iii）能否通过上述实验归纳出发生全反射的条件？ 学生讨论后请一学生回答。
教师引导学生重点分析实验（一）中会发生全反射，而实验（二）不会发生全反射的原因。
学生分析：实验（一）光从玻璃射入空气时，折射角大于入射角，当入射角增大时，折射角先达到900
，此后折射光线消失，发生全反射。此过程折射光的亮度逐渐减弱，根据能量守恒，反射光的亮度
逐渐变强；实验（二）中光从空气射入玻璃，折射角小于入射角，入射角先达到900
，不可能发生全反射。
③ 实验结论：
通过对比，从而总结出发生全反射的条件： i)光从光密介质射入光疏介质； ii)入射角大于或等于临界角. 3.临界角C与折射率n的关系
提出问题：临界角的大小可能与什么因素有关呢？ 引导学生猜想:
⑴在刚才的实验中如果将玻璃换成水，临界角会一样吗？
实验（二）
实验（一）
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⑵如果临界角与介质有关，那么是与介质的什么性质有关呢？（光学性质） ⑶什么物理量反映介质的光学性质呢？（折射率n）
启发学生利用恰好发生全反射的光路图(如右图)和折射率的定义式来寻找临界角Ｃ与介质折射率的关系。
学生推导：
可见，临界角的正弦值与介质的折射率成反比，即介质的折射率越大，临界角越小。
三、问题研究，深化理解
1．问题（一）：在水面下方某一深度处有一个点光源，从水面上看，它照亮水面的几何形状是_______形．当光源在水中上升时，该形状的面积将_______(变大、变小或不变)．
学生先分析讨论，并适时引导学生分析。
教师引导：从题意看，水面被照亮的部分是一个有限的区域，即有部分光无法射出水面，那么哪些光无法射出水面，为什么？要知道被照亮的水面的形状，应尝试画出光路图帮助分析。 （1）理论分析：
请一学生上台板画（如右图），并加以解释。 学生分析：光源发出的射向水面的光线中，入射点离中心越远的光线的入射角越大，当入射角临界角C时发生全反射，如图所示，只有以R为半径的圆形区域有折射光线，圆形区域以外的区域没有折射光线。由于h
R
C
tan，当光源在水中上升时，h减小，R随之减小，即亮斑面积减小。 （2）实验验证：将发光的小灯泡置于盛水的玻璃缸底，为了增加可视性在水面洒痱子粉，可看到水面形成一圆形亮斑，提升发光的小灯泡，亮斑变小。 2．问题（二）：能否利用一块圆形的泡沫塑料板和一根细杆测定水的折射率？需要测量哪些物理量？尝试做一做。
教师提示：折射率与临界角有关系，只要知道了临界角，就可知道折射率。 学生分组讨论，引导学生设计实验方案，实验步骤，分析需测量的物理量，结合上一题的演示实验，画出光路图。
请一学生画出光路图，并介绍实验方案：将细杆从圆形泡沫塑料板的圆心垂直板面缓慢插入，眼睛从水面上方往下看，当杆的尖端恰能被看到时停止插入。细杆尖端相当于一个光源，它发出的射向水面塑料板边缘处的光线恰好发生了全反射，圆形泡沫塑料板面积相当于上题中被光源照亮的区域，细杆在水中的长度相当于光源的深度，故只要测出圆形泡沫塑料板的半径R和细杆在水中的长度h,即可求得
不的折射率。R
hRhRRC
n2
22
21sin1
. 学生分组实验测出R和h,由于计算较繁琐，数据处理留在课后进行。
四、全反射的应用
1、光导纤维
播放视频：光导纤维（介绍光导纤维的结构、制作、应用及光纤通信的优点等。） (1)光纤通信的主要优点：容量大、衰减小、抗干扰性强．
5
(2)光纤中的内芯折射率n1和外套折射率n2的关系：n1 >n2
介绍美籍华裔科学家高锟------ “光纤之父”,由于在光纤通信方向的卓越贡献，被授以2009年度诺贝尔物理学奖。
光线的传播方向改变了_____0; 光线的传播方向改变了_____0
. 2、全反射棱镜：（截面为等腰直角三角形的棱镜）
（1）让学生完成如下两个光路，并指出光的传播方面改变的角度。 （2）全反射的应用：让学生列举日常生活中常见的全反射的应用实例：自行车尾灯、潜望镜、望远镜等。
（3）分析棱镜反射和利用一般平面镜反射的异同，指出棱镜反射的优点。
全反射棱镜优越性：光的强度不变，反射率高,接近达到100%，成像失真小.
五、学以致用
问题1、为什么水中的气泡看起来特别明亮？
学生思考后回答：水中的气泡看起来特别明亮，是因为光线从水中射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射，所以看起来特别明亮，如下甲图所示。
甲 乙 丙
问题2、解释奇妙的“光镀” 引导学生思考：
（1）为什么试管斜插入水中后，从水面上方看水中的试管特别明亮，为什么看不到小球了（如图乙）？ （学生：发生了全反射，全反射光特别强烈，小球经玻璃和水折射的光相对较弱，故小球看不到。） （2）是在水与玻璃的界面还是在玻璃与空气的界面发生了全反射？ （学生：在玻璃与空气的界面发生了全反射）
（3）试管中注入清水后，为什么试管中的小球重现（如图丙）？ （学生：试管中注入清水后排出空气，不再发生全反射，小球发出的光线经玻璃和水折射进入人的眼睛，故能清晰看到试管中的小球。）
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六、小结
1、概念：光疏介质、光密介质
2、全反射
3、全反射原理的应用实例
七、作业
1、寻找生活中的全反射现象及其应用。 2、完成水的折射率的测量数据的处理。 3、完成教材P53的“问题与练习”。
八、板书设计：
13.2 全反射
1．全反射：
2．发生全反射现象的条件． (1)光密介质和光疏介质． (2)临界角C：
(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．
八、教学反思
本节课总体达到了课前所预设的教学目标，通过预设教学情景，并进行恰当的引导，学生思维活跃，思考积极，求知欲望强，师生和生生间有良好的互动和交流，发挥了教师的主导作用，体现了学生的主体地位。我认为目标的达成主要据于以下几个方向做得比较到位：一是教学情景设置比较合理，问题环环相扣，从易到难，逻辑性强；二是对较难的问题教师都有启发引导，引导得法；三是演示实验比较成功，现象明显，为规律的理解提供了直观感性的材料，学生分组实验器材简单，易于操作，效果良好。
但在一个生长课堂中，有时教学的进程并不可能像事前预设的那么顺利，这就要求老师有很强的驾
光密 光疏
C
i概念
全反射的产生条件
临界角C概念
临界角C与折射率n的关系:
nC1sin
光导纤维 全反射棱镜
生活中的全反射现象
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驭课堂的能力。如学生对问题的回答可能千奇百怪、有对有错，实验设计方案多种多样，实验时间有长有短等，老师要随机应地变，顺时度势，处理好每一环节。本节课在提问学生“如何利用圆形泡沫塑料板和一根细杆测定水的折射率”的问题时，按设想只让学生说说实验方案，但学生不请自来，自行在黑板板画讲解，这个“节外生枝”未曾意料，我采取“既来之，则安之”策略，没有阻止该生上来，反而加以赞赏，虽然耗时较多，影响后续教学进程，但教学内容也应及时调整，突出重点，恰当作出取舍，如全反射的应用可以略讲或不讲，本节课在这个环节是处理欠妥，造成整堂课教学前松后紧。
第2节 《全反射》课后练习
1．光线在玻璃和空气的分界面上发生全反射的条件是( )
A．光从玻璃射到分界面上，入射角足够小
B．光从玻璃射到分界面上，入射角足够大
C．光从空气射到分界面上，入射角足够小
D．光从空气射到分界面上，入射角足够大
2．光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务．目前，我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络．下列说法正确的是( )
A．光纤通信利用光作为载体来传播信息
B．光导纤维传递光信号是利用光的衍射原理
C．光导纤维传递光信号是利用光的色散原理
D．目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝
3．光在某种介质中传播的速度为1.5×108 m/s，那么，光从此介质射向空气并发生全反射的临界角应为( )
A．60° B．45° C．30° D．75°
4．已知某种介质的折射率
，在这种介质与空气的交界面MN上有光线入射，如下图所画的光路中，哪个是正确的(MN上部是空气，MN下部是介质)( )
5．在完全透明的水下某深处，放一点光源，在水面上可见到一个圆形的透光圆面，若透光圆面的半径匀速增大，则光源正( )
A．加速上升 B．加速下降 C．匀速上升 D．匀速下降
6.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，为什么？（已知水的临界角为48.8°）
7.在图中，ABC是一块玻璃直角三棱镜的主截面，折射率n＝1.5.当一束光垂直于BC面射到棱镜上时，画出在各个面上反射、折射的光路图．
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