高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册2 全反射教学设计

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册2 全反射教学设计，共7页。教案主要包含了全反射，全反射棱镜，光导纤维，全反射的应用等内容，欢迎下载使用。

课题
全反射
单元
4
学科
物理
年级
高二
教材分析
全反射现象在日常生活中经常能遇到，本节要探讨光发生全反射的条件以及相关应用。全反射及其发生的条件是本节的重点，也是培养学生科学思维，帮助他们形成物理观念的重要载体。
教材首先通过展示水中气泡看上去特别明亮的现象引出全反射的话题，意在培养学生通过观察生活现象提出物理问题的科学探究素养。教材介绍光密介质和光疏介质的定义及其相对性，目的是为得出全反射产生的条件作铺垫。教材通过半圆形玻璃砖的演示实验引出全反射的定义和临界角的概念。在演示实验时，要引导学生全面、全程观察。特别要注意观察:随着人射角逐渐增大，反射光线和折射光线的角度和亮度发生变化:当人射角达到某一极限角度时， 折射角达到90"，折射光完全消失，只剩下反射光。全反射棱镜和光导纤维是对全反射原理的应用，这部分内容有利于开阔学生视野，加深对全反射的认识。
教学目标与核心素养
1、物理观念：知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念。
2、科学思维：理解全反射的条件，能计算有关问题和解释相关现象。
3、科学探究：通过半圆形玻璃砖实验总结全反射的定义和临界角的条件。
4、科学态度与责任：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。
重点
理解全反射的条件，能计算有关问题和解释相关现象，通过半圆形玻璃砖实验总结全反射的定义和临界角的条件。
难点
理解全反射的条件，能计算有关问题和解释相关现象，通过半圆形玻璃砖实验总结全反射的定义和临界角的条件。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
水中的气泡看上去特别明亮，这是为什么呢?
观察水中的气泡，思考为什么气泡看着比较明亮。

从生活中的实际现象出发，引导学生思考，从而引出新课。
讲授新课
知识回顾：光的折射及光的折射率
1.光疏介质：折射率较小的介质
2.光密介质：折射率较大的介质
（1）光疏介质与光密介质是相对的。
（2）光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的小。
一、全反射
实验探究
思考与讨论：既然光由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角，可以预料，当入射角增大到一定程度，但还没有达到90°时，折射角就会增大到90°。如果入射角再增大，会出现什么现象？
全反射：
光由光密介质射入光疏介质时，同时发生反射和折射，折射角大于入射角，随着入射角的增大，反射光线越来越强，折射光线越来越弱，当折射角增大到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。
思考讨论：全反射产生的条件是什么？
全反射条件：(1)光从光密介质射入光疏介质；
(2)入射角等于或大于临界角。
释疑：课本P85页，为什么水中的气泡看起来特别明亮？
光从水射向气泡时，一部分光在分界面上发生了全反射
思考讨论：由于不同的介质的折射率不同，在光从介质射入空气（真空）时，发生全反射的临界角是不一样的。怎样计算光从折射率为n的某种介质射入空气（真空）发生全反射时的临界角C？
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。
课堂练习1、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。如图所示,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的正弦值。
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=
解得n=。
(2)由几何关系知β=30°
由折射定律n=,解得sin α=。
例题：水的折射率是1.33，（1）水的临界角是多少？
（2）在潜水员看来，岸上的所有景物，都出现在一个倒立的圆锥里这个圆锥的顶角是多大？
二、全反射棱镜
全反射棱镜：（截面为等腰直角三角形的棱镜）
全反射棱镜作用：改变光的方向
三、光导纤维
观察：光在弯曲的有机玻璃棒中传播的路径。
如图，激光笔发出的光射入一根弯曲的有机玻璃棒的一端，观察光传播的路径有什么特点。
课堂练习2、如图所示,AB为一直光导纤维,AB之间距离为s,使一光脉冲信号从光导纤维中间入射,射入后在光导纤维内芯与外套的界面上恰好发生全反射,由A点传输到B点所用时间为t,求光导纤维所用材料的折射率n。
解析:光信号由A点进入光导纤维后,沿AO方向照射到O点,此时入射角α恰好等于临界角。由几何关系可得光在光导纤维中传播的距离l=。
设介质的折射率为n,光在此介质中的速度为v,则有sin α=sin C=,n=,而vt=,解得n=。
回顾上节课学习的折射率的定义。
学习光疏介质和光密介质的概念。
对比光疏介质和光密介质。
观察实验现象，思考所给出的问题。
结合所学习的全反射的概念，解释课前提出的问题。
总结发生全反射时入射角所满足的条件。
完成课堂练习。
完成课本例题。
阅读教材和相关资料，了解全反射在现代科技生活中的应用。
观察光在弯曲的有机玻璃棒中的路径。
完成课堂练习。
温故知新，便于更好的学习新课内容。
通过读折射率的复习，总结出光疏介质和光密介质的概念。让学生更好的理解新知识。
通过实验观察现象，先让学生咋脑海中建立全反射的现象的认知，再用简洁的语言总结全反射的定义。
回扣课前思考题，让课堂内容相呼应，结构更完整。
通过课堂练习和课本例题，掌握全发射的条件的应用。
通过介绍全反射在现代生活科技领域的应用，培养学生的社会责任感。
拓展提高
1、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的玻璃全反射棱镜。图乙给出了两棱镜四种放置方式的示意图,其中能产生图甲效果的是( )
解析:四个选项产生光路效果如图所示。
答案：B
2、已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为1.33、1.55、1.60和1.63,如果光按下面几种方式传播,可能发生全折射的是( )
A.从水晶射入玻璃 B.从水射入二硫化碳
C.从玻璃射入水中 D.从水射入水晶
解析：折射率相对较小的介质是光疏介质,折射率相对较大的介质是光密介质,发生全反射的条件之一是光由光密介质射向光疏介质,由此可知选项C正确。
答案：C
3、某种介质相对空气的折射率是,一束光从该介质射向空气,入射角是60°,则下列光路图正确的是(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 ,得C=45°