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2019-2020年高三物理 第十九章 光的傳播 三、全反射(第一課時) ●本節(jié)教材分析 全反射現象是本章的教學重點之一，也是教學的難點. 教學中應充分利用實驗，讓學生獲得深刻的感性經驗.在小結中再利用CAI課件重現實驗過程以使學生進一步加深對全反射現象及條件的理解. 臨界角概念及計算是本節(jié)的一個重點，也是學生判斷能否發(fā)生全反射現象及對相關問題進行求解時必須涉及的物理量，首先應使學生明確臨界角是恰發(fā)生全反射時的入射角而不是折射角，其次要在設置的練習中幫助學生建立首先應畫出臨界狀況光路圖的習慣. ●教學目標 一、知識目標 1.知道什么是光疏介質，什么是光密介質. 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，并能解決有關的問題. 4.知道光導纖維及其應用. 二、能力目標 1.會定性畫出光疏介質進入光密介質或從光密介質進入光疏介質時的光路圖. 2.會判斷是否發(fā)生全反射并畫出相應的光路圖. 3.會用全反射解釋相關的現象. 4.會計算各種介質的臨界角. 三、德育目標 1.體會本節(jié)實驗中“讓入射光正對半圓形玻璃磚中心從曲面入射”是在設計實驗時設計者為突出主要矛盾而控制實驗條件達到略去次要矛盾的高明做法. 2.通過對蜃景現象的學習再次明確一切迷信或神話只不過是在人們未能明了科學真相時才托付于自然力的一種做法. ●教學重點 全反射條件，臨界角概念及應用. ●教學難點 臨界角概念、臨界條件時的光路圖及解題. ●教學方法 本節(jié)課主要采用實驗觀察、猜想、印證、歸納的方法得出全反射現象的發(fā)生條件、臨界角概念等，對閱讀材料“蜃景”補充了錄像資料或CAI課件，使其有更生動的感性認識. ●教學用具 光學演示儀（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） ●課時安排 1 課時 ●教學過程 一、引入新課 讓學生甲到黑板前完成圖19—21及圖19—22兩幅光路圖（完整光路圖） 圖19—21 圖19—22 （學生甲畫圖時遺漏了反射光線） ［教師］光在入射到空氣和水的交界面處時，有沒有全部進入水中繼續(xù)傳播呢？ ［學生］有一部分被反射回去. （學生甲補畫上反射光線） ［教師］很好.甲同學正確地畫出了光從空氣進入水中時的折射角… ［學生齊答］小于入射角. ［教師］光從水中進入空氣時，折射角… ［學生齊答］大于入射角. ［教師］對.那么如果兩種介質是酒精和水呢？請乙同學到前面來完成光路圖. 圖19—23 圖19—24 學生乙順利完成兩圖. 二、新課教學 （一）光密介質和光疏介質 1.給出光密介質和光疏介質概念. 2.讓學生指出圖19—21中的光密介質和光疏介質，再指出圖19—23中的光密介質和光疏介質.讓學生自己體會出一種介質是光密介質還是光疏介質其實是相對的. 3.（投影片出示填空題） 光從光疏介質進入光密介質，折射角________入射角；光從光密介質進入光疏介質，折射角________入射角. （本題讓學生共同回答） （二）全反射 （設置懸念，誘發(fā)疑問） ［教師］在圖19—22和圖19—23中，折射角都是大于入射角的設想，當入射角慢慢增大時，折射角會先增大到90，如果此時我們再增大入射角，會怎么樣呢？ （這時可以讓學生自發(fā)議論幾分鐘） ［學生甲］對著圖19—22說是折射到水中去嗎？ ［教師］你認為會出現圖19—25這種情況嗎？ 圖19—25 （其余學生有的點頭，有的猶疑） ［學生乙］應該沒有了吧. ［學生丙］最好做實驗看看. ［教師］好，那就讓我們來做實驗看看. 1.出示實驗器材，介紹實驗. ［教師］半圓形玻璃磚可以繞其中心O在豎直面內轉動如圖19—26所示，入射光方向不變始終正對O點入射. 圖19—26 圖19—27 圖19—28 2.請學生畫出圖19—27中光線到達界面Ⅰ時的反射和折射光路. 學生丙畫出了圖19—28中的光路圖. ［教師點撥］入射點A處曲面的法線是怎樣的？想一想法線的性質是什么？ ［學生］和界面垂直. ［教師］如果界面是曲面呢？應和該處曲面的切面垂直，再啟發(fā)學生想想圓上每一點的切線和該點半徑的關系，學生悟出A處的法線就是OA. 進而畫出正確的光路圖如圖19—29. 圖19—29 3.讓學生畫出光線入射到界面Ⅱ時的反射光路和折射光路. （學生順利完成圖19—30） 圖19—30 4.觀察實驗 ［教師］現在我們來研究光入射到界面Ⅱ時所發(fā)生的反射和折射現象. 轉動玻璃磚，讓光線在界面Ⅱ處的入射角漸增. ［問］你們看到了什么現象？ ［學生甲］入射角增大，反射角和折射角都增大. ［學生乙］反射光越來越亮，折射光越來越暗. 繼續(xù)轉動玻璃磚，學生看到當折射角趨于90時，折射光線已經看不見了，只剩下反射光線.繼續(xù)轉動玻璃磚，增大入射角，都只有反射光線. （學生恍然大悟） ［教師］什么結果？ ［學生］折射角達到90時，折射光線沒有了，只剩下反射光線. ［教師］這種現象就叫全反射. （三）發(fā)生全反射的條件 1.臨界角C ［要求學生根據看到的現象歸納］ （學生討論思考） ［學生甲］入射角要大于某一個值. ［教師］對，我們把這“某一值”稱為臨界角，用字母C表示. 重復實驗至折射角恰等于90時停止轉動玻璃磚.讓前面的學生讀出此時的入射角即臨界角C約為42左右. ［教師］后面的學生看不見讀數，那我現在告訴你們這種玻璃的折射率n=1.5，請你們算出這種玻璃的臨界角.（學生覺得無從下手） ［教師啟發(fā)］想想當入射角等于臨界角C時，折射角多大？ 學生領會，列出算式：=n ［教師］這樣對嗎？錯在哪兒？ ［學生甲］光不是從空氣進入玻璃. ［教師］對了.你們自己改正過來. 學生列出正確計算式：=sinC= 代入n算得結果與實驗基本相符. 教師點明臨界角的計算公式：sinC= 2.發(fā)生全反射的條件 ［教師］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？ ［學生乙］光從玻璃進入空氣. ［教師］可以概括為… ［學生］光從光密介質進入光疏介質. ［教師］很好，記住，是兩個條件，缺一不可. 3.鞏固練習 ［投影幻燈片］如圖19—31為兩面平行的玻璃磚，一束光從AA′面入射.當逐漸增大其入射角θ時，有沒有可能在BB′面上發(fā)生全反射？（部分學生馬上說，可能） 圖19—31 ［教師］根據？ ［學生］是從光密介質到光疏介質. ［教師］僅此就夠了嗎？ ［學生］入射角大于臨界角. ［教師］本題中入射角一定能大于臨界角嗎？ ［學生］可能吧. ［教師］再想想，入射到BB′處的光線是第一個界面處折射過來的光，不是光源直接發(fā)出的. （學生思考，議論） ［學生甲］不可能發(fā)生全反射.因為AA′∥BB′，所以圖中i=r,由sinr=,θ＜ 90,所以sinr＜即sini＜，即i＜C，所以不能發(fā)生全反射. ［教師］好極了，注意要同時滿足兩個條件. 用實驗演示上題給學生看一遍，驗證剛才的分析. （四）全反射的應用——光導纖維 1.學生閱讀課本有關內容. 2.教師補充介紹有關光纖通信的現狀和前景（附后）. 3.演示課本光纖實驗，不過改用前面實驗中的激光束來做，效果很好. 4.輔助練習［投影片］ 如圖19—32表示光在光導纖維中的傳播情況，纖維為圓柱形，由內芯和涂層兩部分構成.內芯為玻璃，折射率為n0;涂層為塑料，折射率為n1，且n1＜n0.光從空氣射入纖維與軸線成θ角.光線在內芯側壁上發(fā)生多次全反射后至纖維的另一端射出.若內芯的折射率n0=1.5，涂層的折射率n1=1.2，求入射角θ最大不超過多少度光線 圖19—32 才能在內芯壁上發(fā)生全反射. 參考答案：64.16 （五）自然界中的全反射現象 1.水或玻璃中的氣泡看起來特別的明亮,圖解如圖19—33. 圖19—33 2.大氣中的光現象（錄像或CAI課件） (1)海市蜃樓 (2)沙漠蜃景 （學生閱讀課本上的相關內容） （六）延伸拓展 1.在全反射現象演示實驗中，入射光為什么要正對O點入射？若不這樣會怎樣？ （先讓學生自己猜想、議論） ［演示］學生將看到圖19—34所示的情況（圖中未畫完所有的光路）. 圖19—34 ［教師］看到了吧，這樣我們將眼花繚亂看得頭暈.體會到設計者構思的巧妙了嗎？這種做法就叫控制實驗條件.是為了突出所要研究的問題.這是實驗研究中常用的一種方法.想想你們以前做的實驗中有哪些是控制實驗條件的？ ［學生］驗證牛頓第二定律實驗讓木板傾斜以平衡摩擦力. ［學生］驗證a~F關系時讓m不變. ［教師］你們體會的很好.希望你們能學以致用. 2.［投影］在盛水的玻璃杯中放一空試管，用燈光照亮杯側.從水面上觀察水中的試管.在試管內裝上水，再觀察記錄你看到的現象，并作出解釋（圖19—35）. 圖19—35 （學生課后到實驗室做） 三、小結 本節(jié)課我們學習的知識主要有 1.光密介質和光疏介質 2.光的全反射 ［CAI課件］動態(tài)展示加文字說明： （1）光在入射到兩種介質的交界面處時，通常一部分光被反射回原來的介質，另一部分光進入第 Ⅱ種介質并改變了傳播方向. （2）當光由光密介質射向光疏介質時，當入射角等于或大于臨界角時，光全部被反射回原介質中去，稱做全反射現象. （3）當折射角增大到90時的入射角稱為臨界角C（參考圖19—36）. 圖19—36 3.光導纖維的原理及它廣闊的應用前景. 4.自然界中的全反射現象 水中的氣泡，陽光照射下的露珠特別明亮.炎熱夏天的馬路有時看上去特別明亮等. 四、布置作業(yè) 課本P18練習四（3）（4）（5）. 五、板書設計 全反射 光密介質和光疏介質 全反射現象：光從光密介質進入光疏介質，當入射角大于或等于臨界角時，光全部被反射回原介質中去的現象 臨界角C：折射角等于90時的入射角sinC= 原理 應用 光導纖維 六、本節(jié)優(yōu)化訓練設計 1.如圖19—37，ABC是一個透明容器，內裝液體.當光線垂直射向AC面時，光在AB面上剛好發(fā)生全反射，這種液體的臨界角是________，折射率是________. 圖19—37 2.圖19—38是光在A、B、C三種介質中傳播時發(fā)生反射和折射的情況.光在這三種介質中的速度分別是vA、，vB、cC，下列選項中正確的是 圖19—38 A.vA＞vB＞vC B.vA＜vC＜vB C.vA＞vC＞vB D.vC＞vA＞vB 3.在完全透明的水下某深處，放一點光源，在水面上可見到一個圓形透光平面，若透光圓面的半徑勻速增大，則光源正 A.加速上升 B.加速下沉 C.勻速上升 D.勻速下沉 4.在厚度為d的折射率為n的大玻璃板的下表面，緊貼著一個半徑為r的圓形發(fā)光面.為了從玻璃板的上方看不見圓形發(fā)光面，可在玻璃板的上表面貼一塊紙片，求所貼紙片的最小面積. 圖19—39 5.圖19—40是一主截面為直角三角形（∠A=60）的透明體，它由折射率n=的材料制成.光線a垂直AC射入，畫出它的全部光路，標出必要的角度（不含可逆光路） 圖19—40 參考答案：1.50,1.3 2.C 3.D 4.π(+)2 5.略