物理光的全反射教案

这是一份物理光的全反射教案，共9页。
本节是山东科学技术出版社(2019版)《物理》选择性必修第一册第4章第 3节，是几何光学的一个重要知识点。本节课的内容涉及直线传播、反射、折射 的知识，进一步理解和应用折射定律和折射率，让学生有效体会和熟练应用光路 可逆知识解决光的传播问题。所以全反射既是新知识的学习，又是对前面所学知 识的巩固和深化。
同时，全反射现象与生活和现代科技联系紧密，实现了课堂知识走向课外、 走向生产、走向科技。教材的设置非常符合学生的认知规律：由现象提出问题 ——由实验探究问题——分析得出结论——解决实际问题。
二、 学情分析
学生通过初中的学习对几何光学的内容已经有了初步的了解，而本章教材的 第一节《光的折射》又详细介绍了光的折射定律，第二节《科学测量：玻璃的折 射率》介绍了折射率的测定方法，这些内容的学习，为学生进一步学习全反射现 象奠定了知识和心理基础。同时，高二年级的学生具有一定的概括和分析问题的 能力，这为本节课的学习奠定了能力的基础。
所以这节课以“引发认知冲突”和魔术“消失的硬币”进行导入，提出问题，通 过实验观察探究得出结论、并解释现象，进一步的应用物理规律服务生活。
三、 教学目标
物理观念：知道光疏介质和光密介质，了解它们的相对性；掌握全反射的定 义，能够判断全反射的发生条件；理解临界角的概念，通过运用公式计算临界角； 通过观察实验现象，加深对能量守恒观念的理解。
科学思维：通过本节相关的生活情境分析，锻炼模型构建和科学推理能力。
科学探究：通过分组实验，能够明确知道全反射现象的发生过程；观察现象 并记录数据，锻炼归纳推理能力。
科学态度与责任：启发学生积极思考，培养学生的归纳和语言表达能力；通 过本节相关的常见生活现象分析，领悟生活中的物理知识的应用价值，提升物理 学习的兴趣。
四、 教学重难点
重点：光的全反射现象及临界角的计算，生活中全反射现象的模型构建。
难点：结合全反射现象产生条件，对相关的生活情境进行模型构建和推理分 析。
五、 教学方法
实验演示、讲授法、设疑法、合作探究。
六、 教学用具
演示实验器材：透明玻璃杯、纯净水、硬币、手机投影器。
分组实验器材：半圆形玻璃砖、带有角度刻线的转盘，小型激光笔。
七、 教学活动设计
教学环节
教师活动
学生活动
设计目的
(一)创设 情境，提 出问题
1.通过上节课“光的折射”的学 习，大家知道：“光入射到两种不同 介质的分界面时，总会 ?如
图所示，设玻璃的折射率为 √ 3,
画出光路图，并计算入射角θ=60° 时折射角α是多少?
空气
2.演示“消失的硬币”,并投影 到屏幕上。(注意引导学生观察硬 币和杯底的现象。)
1.通过折射率的
定义计算折射角
的正弦值，得到正
弦值大于1的结 果 ；
2.学生观察“消失 的硬币”实验，并
回答观察到的现 象。
学生：硬币 “消失”了，而且杯 底很亮。
引发认知 冲突。
创设有趣
的情境， 引起学生 学 习 兴 趣。
(二)全反 射现象及 其条件
1.实验探究
分组实验1.观察如图所示的激光 演示仪中的激光光路的变化，交流 看到的现象.
问题1.在哪个面发生了折射?
问题2.折射角和入射角的大小关 系?
问题3.折射角随入射角的增大如 何变化?
问题4随入射角增大，始终有折射 光线吗?
分组实验2.观察如图所示的激光 演示仪中的激光光路的变化，交流 看到的现象。
问题1.激光在哪个面发生了折 射?
问题2.还能观察到全反射现象 吗?
(1)带着4个问题 完成实验1,并记 录至少5组数据 (包含折射角为 90°的情况)。
学生：回答问题 1~4.
(2)带着2个问题 完成实验。
学生：回答问题 1~2
观察全反 射现象， 加深对光
的折射现 象 的 理 解，加强
能量守恒
的物理观 念。
与上 一组实验
进行对比
分析，推
理得出全
反射条件
之一：由
光密介质
斜射入光
疏介质。
例1.已知几种材料的折射率 如下表所示，下列哪些情况，光进 入两种介质的分界面可能发生全 反射现象?
物质种类
折射率
金刚石
2.42
玻璃
1.5~1.8
水晶
1.55
酒精
1.36
水
1.33
空气
1.00028
2.理论分析折射率与临界角的关 系
师：分组实验1中我们观察到 了全反射现象，但不是所有时刻光 密介质斜射入光疏介质时都会有 全反射现象发生。通过你在实验中 记录的数据，能否分析出什么时候 开始出现全反射现象?
例2.设某种介质的折射率
为n,光由该介质进入真空或空气 中恰好能发生全反射，此时入射角 为多少?
师：此临界状态时的入射角用 C表示，根据折射率的定义，临界 角C和折射率之间有什么关系?
小结：光发生全反射的条件有 哪些?
例3.某小区喷水池底部装有 不同颜色的LED灯(可视为点光
源),可在水面上形成不同颜色的 光斑。若水池底部水平，水面平静， 红光和紫光在水面形成的光斑面 积哪个更大?
分析例1,明确每 次操作中的光疏 介质和光密介质。
学生：(展示 记录的数据)当折 射角增大到90°时 开始出现全反射 现象。
学生：
总结归纳，明确全 反射现象的条件。
学生推理：红光频
率比紫光低，红光
在水中的折射率
小于紫光，sinC=
红光的临界角 大，红光的透光区 域更大。
加深 对光疏介
质与光密
介质的相 对性的理 解。
通过 数据分析
与理论推
导，总结 全反射条 件之二： 入射角大 于等于临 界角。
由前面单
一频率光
的全反射
拓展到多
种频率光
临界角大 小 的 比 较，深化 对全反射 现象和临
界条件的 理解。
空气
(三)生活 中的全反 射现象分 析
教师引领下的模型构建：
1. 自行车尾灯用透明介质制
成，其外形如下图所示。请说明自 行车尾灯在夜晚被灯光照射时特
别明亮的原因(锯齿状位置角度为 90°,折射率等于 √2,画出光路图)
小结：全反射棱镜的原理、优 点与应用。
学生：在草纸上画 出光路图，能分析 原因。
了解全反射 棱镜优点及其在 科技中的应用。
在教师带领 大家分析完全反 射过程后，讨论交 流倾角过大或过 小带来的影响。
结合本节课 的知识，通过学案 上的提示(海面与 柏油马路空气密 度随高度变化的 规律)交流讨论， 在学案上画出光 路图，解释相关现 象的形成原因。
从简单的
生活情境
入手，锻
炼全反射
模型的构
建能力。
培养学生 科学推理 和论证的 学 科 素 养。
通过 交流讨论 的形式， 经过推理 分析，自 主完成生
活情境到
模型建构
的过程。
全反棱镜的反射性能比镀银
的平面镜更好，精密的光学仪器常 用它代替镀银平面镜来反射光，如 全反射棱镜应用于潜望镜等。
2.阅读课本114页“科学书
屋”,了解钻石的打磨与全反射的 关系，分析倾角过大或过小，钻石 为什么会黯淡。
交流讨论自主构建模型
1.水中的气泡为什么看起来 亮晶晶的?
2.海面附近为什么会出现“海 市蜃楼”现象?
3.炎热夏天柏油马路的前方 总是好像有一洼水的原因是什
么?
(四)巩固 提升
1.通过上节课“光的折射”的学 习，大家知道：“光入射到两种不同 介质的分界面时，总会 ?如
图所示，设玻璃的折射率为 √ 3,
画出光路图，并计算入射角θ=60° 时折射角α是多少?
2.魔术揭秘
问题1.玻璃杯不加水时，你能 从侧壁看到硬币，这是什么原因?
问题2.如果硬币放在杯子内 的底部，玻璃杯加水后你仍能从侧 壁看到硬币，这是什么原因?(播
放视频，演示现象)
问题3.放在杯子外底部的硬
币，在玻璃杯加水后“消失”了，这 是什么原因?
问题4.有哪些方法可以再次 看到“消失”的硬币?
待学生做完分析后，播放在杯 底加水，让硬币重新出现的视频， 验证学生的分析。
学生：入射角 达到60°之前已 经，已经发生了全 反射现象，不能直 接套用公式求解。
学生：
1.玻璃杯壁 很薄，硬币将光线 反射入人的眼睛。
2 . ( 观 看 视 频)全反射现象不 是在侧壁上发生 的 。
3.硬币“消失” 而且水杯底部很
亮，在地府发生了 全反射。
4.改变水杯 与硬币之间的介 质等。
1.针对本 节课开头 的导入过 程 1 进 行 分析，加 强逻辑分 析的严谨 性。
2.此处学
生很容易
误以为是
侧壁处发
生了全反
射，导致
硬币“消
失”。因此
需要设置
递进式的 问 题 ，引 导学生思 考，逐步 深 入 分 析，并在 最后通过 演示实验 视频进行 验证。
(五)课后 探究
播放一段“隐藏文字”的视频， 请学生课下利用手边的工具做一
个类似的魔术表演，下节课进行展 示。
观看视频
利用一个 有趣的魔 术，引起 大家课下 继续进行 分析研究 的兴趣。
(六)课堂 总结
提示学生从核心素养的四个
维度进行总结归纳，和学生一起进 行梳理。
归纳总结本 节课的内容与收 获。
总结提升