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2019-2020年高中物理 《全反射與光導(dǎo)纖維》教案 滬科版選修3-4 三維教學目標 1、知識與技能 （1）知道什么是光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)，理解光的全反射現(xiàn)象，掌握發(fā)生全反射的條件 （2）理解臨界角的物理意義，會根據(jù)公式確定光從介質(zhì)射入真空（空氣）時的臨界角 2、過程與方法：通過觀察演示實驗，使學生了解到光在兩種介質(zhì)界面上發(fā)生的現(xiàn)象(反射和折射)，觀察反射光線、折射光線隨入射角的變化而變化，培養(yǎng)學生的觀察、概括能力，通過相關(guān)物理量變化規(guī)律的學習，培養(yǎng)學生分析、推理能力。 3、情感、態(tài)度與價值觀： （1）通過這部分知識的學習，使學生對自然界中許多美好的現(xiàn)象進行充分的認識，學會用科學知識來解釋自然現(xiàn)象． （2）了解我國光纖技術(shù)的進展以及光導(dǎo)纖維在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用，培養(yǎng)愛國主義熱情和科學態(tài)度． 教學重點：會根據(jù)公式確定光從介質(zhì)射入真空（空氣）時的臨界角 教學難點：理解臨界角的物理意義 教學方法：引導(dǎo)、探究 教學用具：光的折射演示器，半圓柱透明玻璃、直尺、 1、全反射現(xiàn)象 光傳播到兩種介質(zhì)的界面上時，通常要同時發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，若滿足了某種條件，光線不再發(fā)生折射現(xiàn)象，而全部返回到原介質(zhì)中傳播的現(xiàn)象叫全反射現(xiàn)象。那么滿足什么條件就可以產(chǎn)生全反射現(xiàn)象呢？ 2、發(fā)生全反射現(xiàn)象的條件 （1）光密介質(zhì)和光疏介質(zhì) 對于兩種介質(zhì)來說，光在其中傳播速度較小的介質(zhì)，即絕對折射率較大的介質(zhì)，叫光密介質(zhì)，而光在其中傳播速度較大的介質(zhì)，即絕對折射率較小的介質(zhì)叫光疏介質(zhì)，光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是相對的．例如：水、空氣和玻璃三種物質(zhì)相比較，水對空氣來說是光密介質(zhì)，而水對玻璃來說是光疏介質(zhì)，根據(jù)折射定律可知，光線由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(例如由空氣射入水)，折射角小于入射角；光線由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)(例如由水射入空氣)，折射角大于入射角。 既然光線由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，折射角大于入射角，由此可以預(yù)料，當入射角增大到一定程度時，折射角就會增大到90，如果入射角再增大，會出現(xiàn)什么情況呢？ 演示2：將半圓柱透鏡的半圓一側(cè)靠近激光光源一側(cè)，使直平面垂直光源與半圓柱透鏡中心的連線，點燃煙霧發(fā)生器中的煙霧源置于激光演示儀中，將接線板接通電源，打開激光器的開關(guān)。一束激光垂直于半圓柱透鏡的直平面入射，讓學生觀察。我們研究光從半圓柱透鏡射出的光線的偏折情況，此時入射角0，折射角亦為零度，即沿直線透出，當入射角增大一些時，此時，會有微弱的反射光線和較強的折射光線，同時可觀察出反射角等于入射角，折射角大于入射角，隨著入射角的逐漸增大，反射光線就越來越強，而折射光線越來越弱，當入射角增大到某一角度，使折射角達到90時，折射光線完全消失，只剩下反射光線．這種現(xiàn)象叫做全反射。 （2）臨界角C 折射角等于90時的入射角叫做臨界角，用符號C表示．光從折射率為n的某種介質(zhì)射到空氣(或真空)時的臨界角C就是折射角等于90時的入射角，根據(jù)折射定律可得： （3）發(fā)生全反射的條件：光從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)；入射角等于或大于臨界角。 3、對全反射現(xiàn)象的解釋 （1）引入新課的演示實驗1 被蠟燭熏黑的光亮鐵球外表面附著一層未燃燒完全的碳蠟混和物，對水來說是不浸潤的，當該球從空氣進入水中時，在其外表面上會形成一層很薄的空氣膜，當有光線透過水照射到水和空氣界面上時，會發(fā)生全反射現(xiàn)象，而正對小球看過去會出現(xiàn)一些較暗的區(qū)域，這是入射角小于臨界角的區(qū)域，明白了這個道理再來看這個實驗，學生會有另一番感受。 （2）讓學生觀察自行車尾燈 用燈光來照射尾燈時，尾燈很亮，也是利用全反射現(xiàn)象制成的儀器。在講完全反射棱鏡再來體會它的原理就更清楚了?？上茸寣W生觀察自行車尾燈內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，回想在夜間看到的現(xiàn)象。引導(dǎo)學生注意生活中的物理現(xiàn)象，用科學知識來解釋它，從而更好的利用它們?yōu)槿祟惙?wù)。 （3）用激光演示儀的激光光源演示 光導(dǎo)纖維傳播光的現(xiàn)象，或用彎曲的細玻璃棒進行演示，配合作圖來解釋現(xiàn)象： 從細玻璃棒一端射進棒內(nèi)的光線，在棒的內(nèi)壁多次發(fā)生全反射，沿著鋸齒形路線由棒的另一端傳了出來，玻璃棒就像一個能傳光的管子一樣。 實際用的光導(dǎo)纖維是非常細的特制玻璃絲，直徑只有幾μm到100μm左右，而且是由內(nèi)心和外套兩層組成的，光線在內(nèi)心外套的界面上發(fā)生全反射，如果把光導(dǎo)纖維聚集成束，使其兩端纖維排列的相對位置相同，這樣的纖維就可以傳遞圖像。 （4）讓學生閱讀大氣中的光現(xiàn)象——蒙氣差、海市蜃樓、沙漠里的蜃景。 小結(jié)： （1）全反射現(xiàn)象是非常重要的光學現(xiàn)象之一，產(chǎn)生全反射現(xiàn)象的條件是： ①光從光密介質(zhì)射到它與光疏介質(zhì)的界面上， ②入射角等于或大于臨界角．這兩個條件都是必要條件，兩個條件都滿足就組成了發(fā)生全反射的充要條件。 （2）全反射的應(yīng)用在實際生活中是非常多的．在用全反射的知識解釋時，特別要注意是否滿足兩個條件。回答這類問題要注意邏輯推理，一般是依據(jù)條件要敘述清楚，根據(jù)要給充分，結(jié)論要簡明。 （3）為了給后面全反射棱鏡的學習打基礎(chǔ)．臨界角是幾何光學中一個非常重要的概念，但在高中階段不深入討論臨界的情。 （三）光導(dǎo)纖維 演示：光線在“模擬光纖”中的全反射。 觀察：a、玻璃棒周圍有沒有光線射出；b、從玻璃棒末端射出的光強度和沒有插玻璃棒 時，光線從小孔射出時的強度。 我們都知道玻璃本來是非常堅硬的，但是有一種特制的玻璃絲，卻可以做的非常柔軟、非常細。現(xiàn)在，我們將這樣的多根玻璃纖維捆綁成一束，然后，將首端的光照情況遵循某種規(guī)律，如圖3，則在纖維束的末端，會出現(xiàn)什么情況？ 1．定義：光導(dǎo)纖維是一種利用光的全反射原理制成的能傳導(dǎo)光的玻璃絲，由內(nèi)芯和外套組成，直徑只有幾微米到100微米左右，內(nèi)芯的折射率大于外套的 折射率。 應(yīng)用領(lǐng)域：醫(yī)療，通信……