鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第4章 光的折射和全反射第3节 光的全反射教案设计

这是一份鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第4章 光的折射和全反射第3节 光的全反射教案设计，共6页。教案主要包含了全反射及其产生条件，全反射现象等内容，欢迎下载使用。

(1)认识光的全反射现象；
(2)理解光密介质和光疏介质的概念；
(3)知道临界角的概念，会用临界角相关公式解题。
教学重难点
教学重点
全反射的条件、临界角的概念及应用。
教学难点
临界角的概念、发生全反射时的临界问题。
教学方法
本节课主要采用实验观察、归纳的方法得出全反射现象的发生条件、临界角概念等。
教学用具
试管夹，蜡烛，小铁球，烧杯、水、半圆形玻璃砖、激光光源、光屏、玻璃杯、硬币、多媒体课件等。
教学过程
引入新课
1.教师做演示小实验：将光亮铁球出示给学生看，在阳光下很刺眼，将光亮铁球夹在试管夹上，置于烛焰的内焰进行熏制，一定要全部熏黑，再让学生观察。然后将熏黑的铁球浸没在盛有清水的烧杯中，发现放在水中的铁球变得比在阳光下更亮。好奇的学生误认为是水泡掉了铁球上黑色物，当老师把试管夹从水中取出时，发现熏黑的铁球依然如故，再将其再放入水中时，出现的现象和前述一样。
2.课件展示沙漠蜃景图片，并向学生提问沙漠蜃景形成的原因。
学生大惑不解，让学生带着这个疑问开始学习新的知识——全反射现象。
新课教学
一 全反射及其产生条件
教师用一束激光沿半圆形玻璃砖的半径射到直边上，让入射角由0逐渐增大，让学生观察折射光和反射光的变化。
师：此时折射角与入射角的关系如何？
生：折射角大于入射角。
师：随着入射角的不断增大，会出现什么现象？
生：当入射角增大到某一程度时，折射光完全消失。
教师总结
全反射：光从玻璃射入空气时，当入射角增大到一定程度时，折射光完全消失，光全部都被反射回玻璃内，这种现象称为全反射现象，简称全反射。
临界角：刚好发生全反射时的入射角，称为全反射的临界角。
注意教师要强调：临界角是发生全反射时的最小入射角。
交流讨论：不同介质，临界角不同，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?
教师引导分析：
分析：光以接近90°的入射角从空气射入介质，求出这时的折射角。根据光路可逆的道理，也就知道光从介质射入空气时发生全反射的临界角了。
过程：
，
理解：折射率越大，临界角就越小，即越容易发生全反射。
[多媒体辅助]展示课件图片介绍常见物质的临界角。
师：只要光从一种介质斜射入另一种介质就能发生全反射吗？
生：不是，光从空气射入玻璃或水时，就不能发生全反射。
师：为什么？
生：光从空气射入玻璃或水时，折射角小于入射角，入射角再大，折射角也不会达到90°。
师：那么发生全反射的条件是什么呢？
生：(1)光从折射率较大的介质射入折射率较小的介质；
(2)入射角大于等于临界角。
教师总结：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疏密介质。
教师要求学生交流讨论：光在光密介质中的传播速度与光在光疏介质中的传播速度哪个大？
生：由可知：
对光疏介质：n较小，同一频率的光在其中传播的v较大；
对光密介质：n较大，同一频率的光在其中传播的v较小。
学生讨论回答问题后教师进行总结强调：
①光疏介质光密介质是相对而言的，只有对给定的两种介质才能谈光疏介质与光密介质，没有绝对的光疏、光密介质。
如：水、玻璃和金刚石三种介质比较，
n水＝1.33 n玻璃＝1.5~1.9 n金刚石＝2.42。
对水而言，玻璃是光密介质；但对金刚石而言，玻璃则是光疏介质。
②光疏介质与光密介质的界定是以折射率为依据的,与介质的其他属性(如密度等)无关。例如：水和酒精，n水＝1.33＜n酒精＝1.36，酒精相对于水而言是光密介质，但ρ水＞ρ酒。
教师演示实验：在桌子上放一枚硬币，取一只玻璃杯，里面盛满水，然后把玻璃杯压在硬币上。让学生分别从杯壁，杯口看，看能否看到硬币。给玻璃杯底蘸上一些水，再从杯壁看去，看能否看到硬币。
生：从杯壁看，硬币不见了，从杯口向下望，硬币还在。给玻璃杯底蘸上一些水，再从杯壁看去，可以看到硬币。
教师解释原因：玻璃杯里面盛满水时，硬币发出的光线经过水的折射射到杯子的侧面时发生了全反射，光线不能从杯子射出，所以从杯子的侧面看去，硬币不见了。从杯口向下望，反射光线通过水面折射到空气中，能射入人的眼中，所以会觉得硬币还好好地放在那里。给玻璃杯底蘸上一些水，硬币射出的光线从水中穿过杯底再进入杯子里的水中。这种情况下杯底可以看成是一块平板玻璃，它上下都是水，光线通过的时候方向不变。这样，硬币射出的光线到达杯壁的时候，一部分光线入射角并不大，不满足全反射条件，这些光线从侧壁射出进入人眼就能看到杯底的硬币。
二 全反射现象
师：现在谁能解释一下熏黑的小球放在水中会变亮及沙漠蜃景形成的原因？
生1：当熏黑的铁球放入水中时，球面和水之间形成空气层。日光从水照射到空气层时，会有部分光发生全反射，球看上去就变得锃亮了。
生2：太阳照到沙漠上，接近地面的热空气比上层空气的密度小，折射率也小，从远处物体射向地面的光，进入折射率较小的热空气层时被折射。当入射角大于临界角时发生全反射，人们逆着反射光看去，就会看到远处的倒景。
师：鱼缸中上升的气泡亮晶晶的与熏黑的小球变亮是同样的道理，夏天公路远处像被水淋过与沙漠蜃景的形成原因一样。
师：以上都是我们生活中常见的全反射现象，全反射也有着重要的应用，如全反射棱镜，全反射棱镜截面为等腰直角三角形。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，光线垂直于另一直角边射出，此时光的传播方向改变90°；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°。我们经常将其用在潜望镜上。

典题剖析
例1 一束单色光从玻璃射入空气。已知玻璃的折射率n=1.53，当入射角分别为50°、30°时，光能否发生折射？若能，折射角为多大？
分析:先根据玻璃的折射率求出临界角，再比较入射角与临界角的大小，判断是否会出现全反射现象。若出现全反射现象，折射光线消失，若没有出现全反射现象，根据光的折射定律求解。
讨论：玻璃的临界角一般在30°~42°，题中关于全发射的判断结果是合理的。发生折射时，所求得的折射角大于入射角，结果合理。
例2 临界角与光的颜色有关。某小区喷水池底部装有不同颜色的LED灯(可视为点光源)，可在水面形成不同颜色的光斑(如图所示)。若水池底部水平，水面平静，红光与紫光在水面形成的光斑面积哪个更大？
解：红光折射率小、临界角大所以在水面形成的光斑面积大。
课堂小结