【核心素养】4.2 光的全反射 教学设计

第2节 全反射
一、教材分析
本节课程是高中物理光学部分的一个重点，也是难点，学习全反射的内容涉及直线传播、反射、折射的知识，从本质上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。
二、教学目标与核心素养
【物理观念】知道全反射现象揭示了光路的可逆性，本质是光从光密介质射向光疏介质时，折射角大于等于90°的一种物理现象。
【科学思维】了解全反射现象的本质，知道发生全反射现象的条件，并能够对相应物理问题进行定性分析与定量运算。
【科学探究】通过观看演示视频，引导学生从实验现象中探索事物的本质，学生分组对实验进行探究，得出发生全反射的条件，知道临界角的概念及物理意义。
【科学态度与责任】让学生发掘大自然中的物理现象，领略物理之美；体会生活中处处蕴含物理知识，物理就在身边，从而进一步培养学生学习物理的兴趣。
三、教学重难点
【教学重点】临界角的概念及表达式、全反射的条件、全反射的应用；
【教学难点】全反射的条件、全反射的应用。
四、教学过程
1）【引入新课】
全反射现象
想一想：水中和玻璃中的气泡，还有叶子上的露珠看起来特别明亮，这是为什么？
2）【进行新课】
探究点一、全反射
1、光疏介质和光密介质
光疏介质:两种介质中折射率较小的介质叫做光疏介质.
光密介质:两种介质中折射率较大的介质叫做光密介质.
几种常见物质的折射率
酒精相对于水是光密介质
酒精相对于玻璃是光疏介质
注意： “光密介质”和“光疏介质” 是相对而言的，对其界定是以折射率为依据的。
【讨论与思考】
既然光由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角。可以预料，当入射角增大到一定程度，但还没有达到900时，折射角就会增大到900。如果入射角再增大，会出现什么现象？
2、全反射
【实验探究：观察全反射现象】
如图，让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直边上，观察平直边与空气界面发生的实验现象。
逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化。
实验现象及结论
当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射，如果入射角逐渐增大，折射光离法线越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强。
当入射角增大到某一角度，使折射角达到900时，折射光完全消失，只剩下反射光。
全反射的定义
全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，入射角逐渐增大到某一角度，光线全部被反射回原光密介质的现象。
临界角：当光从光密介质射入光疏介质时，折射角等于900角时的入射角叫做临界角。用C表示。
发生全反射的条件
（1）光从光密介质射入光疏介质；
（2）入射角等于或大于临界角；
临界角的计算
生活中的全反射现象
（1）水中或玻璃中的气泡，看起来特别明亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故。
（2）【水下的灯】水中的灯只能照亮水面上一块圆面，为什么？
（3）在潜水员看来，岸上的所有景物，都出现在一个倒立的圆锥里，为什么？这个圆锥的顶角多大？
探究点二、全反射棱镜
玻璃棱镜的截面为等腰直角三角形，当光从图中所示的方向射入玻璃时，由于光的方向与玻璃面垂直，光线不发生偏折。但在玻璃内部，光射向玻璃与空气的界面时，入射角大于临界角，发生全反射。与平面镜相比，它的反射率高，几乎可达 100%。这种棱镜在光学仪器中可用来改变光的方向。
优点：
（1）反射率高，几乎可达100%；
（2）因反射面不必涂敷任何反射物质，故反射时失真小。
全反射棱镜的应用
探究点三、全反射的应用实例
1．光导纤维
【观察与思考】
演示：激光笔发出的光射入一根弯曲的有机玻璃棒的一端，观察光传播的路径有什么特点。
现象：光沿着弯曲的玻璃棒转弯
原因：当光在玻璃棒内传播时，如果从玻璃射向空气的入射角大于临界角，光会发生全反射，于是光在玻璃棒内沿着锯齿形路线传播。这就是光导纤维导光的原理。
光导纤维
光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到几百微米之间，由内芯与外套两层组成．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。
把光导纤维聚集成束，使其两端纤维排列的相对位置相同，图像就可以从一端传到另一端了。
载有声音、图像以及各种数字信号的激光从光纤的一端输入，就可以传到千里以外的另一端，实现光纤通信。
光导纤维的用途很大，医学上将其制成内窥镜，用来检查人体内脏的内部
光导纤维的用途很大，通过它可以实现光纤通信
2、水流导光
水流导光：光在水的内表面发生多次全反射
五、板书设计