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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(xiàn)象是本章的教學(xué)重點之一，也是教學(xué)的難點. 教學(xué)中應(yīng)充分利用實驗，讓學(xué)生獲得深刻的感性經(jīng)驗.在小結(jié)中再利用CAI課件重現(xiàn)實驗過程以使學(xué)生進(jìn)一步加深對全反射現(xiàn)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(xué)生判斷能否發(fā)生全反射現(xiàn)象及對相關(guān)問題進(jìn)行求解時必須涉及的物理量，首先應(yīng)使學(xué)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(shè)置的練習(xí)中幫助學(xué)生建立首先應(yīng)畫出臨界狀況光路圖的習(xí)慣. ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識目標(biāo) 1.知道什么是光疏介質(zhì)，什么是光密介質(zhì). 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(guān)的問題. 4.知道光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用. 二、能力目標(biāo) 1.會定性畫出光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)或從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時的光路圖. 2.會判斷是否發(fā)生全反射并畫出相應(yīng)的光路圖. 3.會用全反射解釋相關(guān)的現(xiàn)象. 4.會計算各種介質(zhì)的臨界角. 三、德育目標(biāo) 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(shè)計實驗時設(shè)計者為突出主要矛盾而控制實驗條件達(dá)到略去次要矛盾的高明做法. 2.通過對蜃景現(xiàn)象的學(xué)習(xí)再次明確一切迷信或神話只不過是在人們未能明了科學(xué)真相時才托付于自然力的一種做法. ●教學(xué)重點 全反射條件，臨界角概念及應(yīng)用. ●教學(xué)難點 臨界角概念、臨界條件時的光路圖及解題. ●教學(xué)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(xiàn)象的發(fā)生條件、臨界角概念等，對閱讀材料“蜃景”補(bǔ)充了錄像資料或CAI課件，使其有更生動的感性認(rèn)識. ●教學(xué)用具 光學(xué)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(xué)過程 一、引入新課 讓學(xué)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(xué)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(jìn)入水中繼續(xù)傳播呢？ ［學(xué)生］有一部分被反射回去. （學(xué)生甲補(bǔ)畫上反射光線） ［教師］很好.甲同學(xué)正確地畫出了光從空氣進(jìn)入水中時的折射角… ［學(xué)生齊答］小于入射角. ［教師］光從水中進(jìn)入空氣時，折射角… ［學(xué)生齊答］大于入射角. ［教師］對.那么如果兩種介質(zhì)是酒精和水呢？請乙同學(xué)到前面來完成光路圖. 圖19—23 圖19—24 學(xué)生乙順利完成兩圖. 二、新課教學(xué) （一）光密介質(zhì)和光疏介質(zhì) 1.給出光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)概念. 2.讓學(xué)生指出圖19—21中的光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)，再指出圖19—23中的光密介質(zhì)和光疏介質(zhì).讓學(xué)生自己體會出一種介質(zhì)是光密介質(zhì)還是光疏介質(zhì)其實是相對的. 3.（投影片出示填空題） 光從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，折射角________入射角；光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，折射角________入射角. （本題讓學(xué)生共同回答） （二）全反射 （設(shè)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(shè)想，當(dāng)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(xué)生自發(fā)議論幾分鐘） ［學(xué)生甲］對著圖19—22說是折射到水中去嗎？ ［教師］你認(rèn)為會出現(xiàn)圖19—25這種情況嗎？ 圖19—25 （其余學(xué)生有的點頭，有的猶疑） ［學(xué)生乙］應(yīng)該沒有了吧. ［學(xué)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(nèi)轉(zhuǎn)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(xué)生畫出圖19—27中光線到達(dá)界面Ⅰ時的反射和折射光路. 學(xué)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(zhì)是什么？ ［學(xué)生］和界面垂直. ［教師］如果界面是曲面呢？應(yīng)和該處曲面的切面垂直，再啟發(fā)學(xué)生想想圓上每一點的切線和該點半徑的關(guān)系，學(xué)生悟出A處的法線就是OA. 進(jìn)而畫出正確的光路圖如圖19—29. 圖19—29 3.讓學(xué)生畫出光線入射到界面Ⅱ時的反射光路和折射光路. （學(xué)生順利完成圖19—30） 圖19—30 4.觀察實驗 ［教師］現(xiàn)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(xiàn)象. 轉(zhuǎn)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(xiàn)象？ ［學(xué)生甲］入射角增大，反射角和折射角都增大. ［學(xué)生乙］反射光越來越亮，折射光越來越暗. 繼續(xù)轉(zhuǎn)動玻璃磚，學(xué)生看到當(dāng)折射角趨于90時，折射光線已經(jīng)看不見了，只剩下反射光線.繼續(xù)轉(zhuǎn)動玻璃磚，增大入射角，都只有反射光線. （學(xué)生恍然大悟） ［教師］什么結(jié)果？ ［學(xué)生］折射角達(dá)到90時，折射光線沒有了，只剩下反射光線. ［教師］這種現(xiàn)象就叫全反射. （三）發(fā)生全反射的條件 1.臨界角C ［要求學(xué)生根據(jù)看到的現(xiàn)象歸納］ （學(xué)生討論思考） ［學(xué)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(fù)實驗至折射角恰等于90時停止轉(zhuǎn)動玻璃磚.讓前面的學(xué)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(xué)生看不見讀數(shù)，那我現(xiàn)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(xué)生覺得無從下手） ［教師啟發(fā)］想想當(dāng)入射角等于臨界角C時，折射角多大？ 學(xué)生領(lǐng)會，列出算式：=n ［教師］這樣對嗎？錯在哪兒？ ［學(xué)生甲］光不是從空氣進(jìn)入玻璃. ［教師］對了.你們自己改正過來. 學(xué)生列出正確計算式：=sinC= 代入n算得結(jié)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(xué)生乙］光從玻璃進(jìn)入空氣. ［教師］可以概括為… ［學(xué)生］光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì). ［教師］很好，記住，是兩個條件，缺一不可. 3.鞏固練習(xí) ［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(dāng)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(xué)生馬上說，可能） 圖19—31 ［教師］根據(jù)？ ［學(xué)生］是從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì). ［教師］僅此就夠了嗎？ ［學(xué)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(xué)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(xué)生思考，議論） ［學(xué)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(xué)生看一遍，驗證剛才的分析. （四）全反射的應(yīng)用——光導(dǎo)纖維 1.學(xué)生閱讀課本有關(guān)內(nèi)容. 2.教師補(bǔ)充介紹有關(guān)光纖通信的現(xiàn)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(xí)［投影片］ 如圖19—32表示光在光導(dǎo)纖維中的傳播情況，纖維為圓柱形，由內(nèi)芯和涂層兩部分構(gòu)成.內(nèi)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(nèi)芯側(cè)壁上發(fā)生多次全反射后至纖維的另一端射出.若內(nèi)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(nèi)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(xiàn)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(xiàn)象（錄像或CAI課件） (1)海市蜃樓 (2)沙漠蜃景 （學(xué)生閱讀課本上的相關(guān)內(nèi)容） （六）延伸拓展 1.在全反射現(xiàn)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(xué)生自己猜想、議論） ［演示］學(xué)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(shè)計者構(gòu)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(xué)生］驗證牛頓第二定律實驗讓木板傾斜以平衡摩擦力. ［學(xué)生］驗證a~F關(guān)系時讓m不變. ［教師］你們體會的很好.希望你們能學(xué)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(cè).從水面上觀察水中的試管.在試管內(nèi)裝上水，再觀察記錄你看到的現(xiàn)象，并作出解釋（圖19—35）. 圖19—35 （學(xué)生課后到實驗室做） 三、小結(jié) 本節(jié)課我們學(xué)習(xí)的知識主要有 1.光密介質(zhì)和光疏介質(zhì) 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(zhì)的交界面處時，通常一部分光被反射回原來的介質(zhì)，另一部分光進(jìn)入第 Ⅱ種介質(zhì)并改變了傳播方向. （2）當(dāng)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，當(dāng)入射角等于或大于臨界角時，光全部被反射回原介質(zhì)中去，稱做全反射現(xiàn)象. （3）當(dāng)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(dǎo)纖維的原理及它廣闊的應(yīng)用前景. 4.自然界中的全反射現(xiàn)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(xí)四（3）（4）（5）. 五、板書設(shè)計 全反射 光密介質(zhì)和光疏介質(zhì) 全反射現(xiàn)象：光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角大于或等于臨界角時，光全部被反射回原介質(zhì)中去的現(xiàn)象 臨界角C：折射角等于90時的入射角sinC= 原理 應(yīng)用 光導(dǎo)纖維 六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計 1.如圖19—37，ABC是一個透明容器，內(nèi)裝液體.當(dāng)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(zhì)中傳播時發(fā)生反射和折射的情況.光在這三種介質(zhì)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(biāo)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