人教版 (2019)选择性必修 第一册2 全反射优质学案

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【学习目标】
1.知道光密介质和光疏介质的概念，认识光的全反射现象。
2.知道全反射棱镜及其应用。
3.初步了解光导纤维的工作原理及光纤技术对社会经济生活的重大影响。
【学习重难点】
1.教学重点：临界角的概念及表达式、全反射的条件、全反射的应用；
2.教学难点：全反射的条件、全反射的应用。
【知识回顾】
光的折射
1．光的反射
(1)反射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光返回到第1种介质的现象。
(2)反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角。
2．光的折射
(1)折射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光进入第2种介质的现象。
(2)折射定律
折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即eq \f(sin θ1,sin θ2)＝n12(式中n12是比例常数)。光的折射定律的三个关键词：“同平面”“线两旁”“成正比”。
(3)在光的折射现象中，光路是可逆的。
二、折射率
1．定义
光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，即n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)。
2．折射率与光速的关系
某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝eq \f(c,v)。
【自主预习】
全反射
1．光疏介质和光密介质：对于折射率不同的两种介质，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，光疏介质和光密介质是相对的。
2．全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射，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。这种现象叫作全反射，这时的入射角叫作临界角。
3．全反射的发生条件
(1)光线从光密介质射入光疏介质。
(2)入射角大于或等于临界角。
4．临界角C与折射率n的关系：sin C＝eq \a\vs4\al(\f(1,n))。
二、全反射棱镜与光导纤维
1．全反射棱镜
(1)形状：截面为等腰直角三角形的棱镜。
(2)光学特征
①当光垂直于截面的直角边射入棱镜时，光在截面的斜边上发生全反射，光射出棱镜时，传播方向改变了90°。
②当光垂直于截面的斜边射入棱镜时，在两个直角边上各发生一次全反射，使光的传播方向改变了180°。
(3)应用：用于双筒望远镜中。
2．光导纤维及其应用
(1)原理：利用了光的全反射。
(2)构造：光导纤维是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外套两层组成，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。
(3)应用
①医学上用光纤制成内窥镜。
②用于光纤通信，其特点是传输容量大、能量衰减小、抗干扰性及保密性强等。
【课堂探究】
【新课导入】
水中的气泡和叶子上的露珠看起来特别明亮；炎热夏天，柏油路面有时看起来特别明亮,像水洗过的一样。这又是为什么呢？

学生写下自己答案并与其他同学交流。
【新课教学】
任务一、全反射
光密介质和光疏介质
阅读课本，总结什么是光密介质，什么是光疏介质？
光疏介质:两种介质中折射率较小的介质叫做光疏介质。
光密介质:两种介质中折射率较大的介质叫做光密介质.
光疏介质与光密介质是相对的还是绝对的？
任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介质或光密介质。如，水、水晶和金刚石三种物质相比较，水晶对水来说是光密介质，对金刚石来说则是光疏介质。
（二）入射角与折射角的大小关系
入射角与折射角的那个较大？
光从光密介质进入光疏介质
（三）全反射
光从光密介质进入光疏介质，入射角增大，折射角也增大，谁先达到90°？若继续增大入射角？请观察视频学生观察实验视频，然后观察视频
现象：随着入射角的逐渐增大的过程中，折射角逐渐增大 ；折射光线亮度逐渐减弱；反射角逐渐增大；反射光线亮度逐渐增强；当入射角增大到某一角度时，折射光线消失，所有光线全部反射。
然后让学生总结全反射相关概念。
1.全反射定义：光由光密介质射到光疏介质时，光线不发生折射，而全部返回到原介质中继续传播的现象。
此时的入射角称为——临界角
2.发生全反射的条件：
（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；
3.折射率与临界角的关系：（光由介质射入真空中）
注意：
(1)只有光从介质射入真空（空气）的交界面时，才能这样求临界角。
(2)n越大，临界角越小，也就越容易发生全发射。
全反射在生活中有哪些应用？
在学生充分交流后分析应用
然后老师介绍：全反射棱镜、光导纤维
任务二、全反射
（一）全反射棱镜
阅读课本，总结什么是全反射棱镜，有什么作用？
玻璃棱镜的截面为等腰直角三角形，当光从图中所示的方向射入玻璃时，由于光的方向与玻璃面垂直，光线不发生偏折。但在玻璃内部，光射向玻璃与空气的界面时，入射角大于临界角，发生全反射。
与平面镜相比，它的反射率高，几乎可达 100%。这种棱镜在光学仪器中可用来改变光的方向。
横截面是等腰直角三角形的棱镜
(1)截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜
(2)原理：利用全反射原理
(3)特点：(玻璃的临界角为32°—42°)
①当光垂直于它的任意一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，与平面镜相比，它的反射率很高
②反射面不必涂敷任何反光物质
(4)作用：改变光的方向，可使光的传播方向改变90°或180°
（二）全反射棱镜的应用
全反射棱镜在生活中有什么应用？
对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜等，就需要用全反射棱镜代替平面镜，以消除多余的像．
当然，如果在玻璃的前表面镀银，就不会产生多个像，一般的平面镜都是在玻璃的后面镀银， 但是银面容易脱落．因此对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜等，就需要用全反射棱镜代替平面镜．与平面镜相比,它的反射率高,几乎可达100%。
任务三、光导纤维
（一）光导纤维
阅读课本，总结光导纤维的工作原理与结构？
(1)原理：利用全反射原理。
(2)构造：由折射率较高的玻璃内芯和折射率较低的外层透明介质组成，因为内芯的折射率比外套的大，所以，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。
(3)优点：容量大、衰减小、抗干扰性强。
观察光在弯曲的有机玻璃棒中传播的路径
请学生观察视频
光导纤维的应用
医用内窥镜：医学上将其制成内窥镜，用来检查人体内脏的内部。
光纤通信：光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强。
一路光纤的传输能力理论值为二十亿路电话，一千万路电视。虽然光纤通信的发展历史只有20多年的，但是发展的速度是惊人的。
【自我测评】
1．已知水、水晶、玻璃的折射率分别为1.33、1.55和1.60，则由此可知( )
A．水是光疏介质
B．玻璃为光密介质
C．水对于水晶或玻璃是光疏介质
D．水晶对于玻璃是光密介质
【答案】C
【详解】光疏介质、光密介质是相对而言的，单独一种物质不能说是光疏还是光密介质，A、B错误；水比水晶或玻璃折射率小，对于水晶或玻璃是光疏介质，C正确；水晶比玻璃折射率小，对于玻璃是光疏介质，D错误。
2．在弯曲的情况下光导纤维仍然有效地传导光，这是利用了( )
A．光的镜面反射 B．光的全反射
C．光的漫反射D．光的折射
【答案】B
【详解】B 光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，由内芯和外套两层组成。内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的分界面上发生全反射。
3．如图所示，半圆形玻璃砖放在空气中，三条同一颜色、强度相同的光线，均由空气沿半圆半径方向射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置。下列说法错误的是( )
A．假若三条光线中只有一条在O点发生了全反射，那一定是aO光线
B．假若光线bO能发生全反射，那么光线cO一定能发生全反射
C．假若光线bO能发生全反射，那么光线aO一定能发生全反射
D．假若光线aO恰能发生全反射，则光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度大
【答案】B
【详解】三条入射光线沿着指向圆心的方向由空气射向玻璃砖，在圆周界面，它们的入射角为零，均不会偏折；在直径界面，光线aO的入射角最大，光线cO的入射角最小，它们都是从光密介质射向光疏介质，都有发生全反射的可能。如果只有一条光线发生了全反射，那一定是aO光线，因为它的入射角最大，所以选项A正确。假若光线bO能发生全反射，说明它的入射角等于或大于临界角，光线aO的入射角更大，所以，光线aO一定能发生全反射，光线cO的入射角可能大于或等于临界角，也可能小于临界角，因此，光线cO不一定能发生全反射，所以选项B错误，选项C正确。假若光线aO恰能发生全反射，则光线bO和光线cO都不能发生全反射，但光线bO的入射角更接近于临界角，所以，光线bO的反射光线较光线cO的反射光线强，即光线bO的反射光线亮度较大，所以选项D正确。
4.如图所示，MM′是两种介质的界面，A是入射光线，B是反射光线，C是折射光线，O是入射光线的入射点，NN′是法线，θ1是入射角，θ2是折射角，且θ1>θ2。则下列判断正确的是( )
A．θ1逐渐增大时θ2也逐渐增大，有可能发生全反射现象
B．θ1逐渐减小时θ2也逐渐减小，有可能发生全反射现象
C．θ1逐渐增大时θ2将逐渐减小，有可能发生全反射现象
D．θ1逐渐增大时θ2也逐渐增大，但不可能发生全反射现象
【答案】D
【详解】由n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)可知，θ1逐渐增大时，θ2也逐渐增大，但因θ1>θ2，MM′上方为光疏介质，故θ1再大，也不能发生全反射现象，D正确。
【学后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？