物理：4.3《认识光的全发射现象》教案（粤教版选修3-4）

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认识光的全反射现象 教案
一、教学目标
1．知识与技能：
（1）理解光的全反射现象；
（2）掌握临界角的概念和发生全反射的条件；
（3）了解全反射现象的应用．
2．过程与方法：
通过观察演示实验，理解光的全反射现象，概括出发生全反射的条件，培养学生的观察、概括能力；通过观察演示实验引起学生思维海洋中的波澜，培养学生透过现象分析本质的方法、能力．
3．情感态度与价值观
（1）渗透学生爱科学的教育，培养学生学科学、爱科学、用科学的习惯。
（2）生活中的物理现象很多，能否用科学的理论来解释它。
（3）更科学的应用生活中常见的仪器、物品．
二、重点、难点分析
1．重点是掌握临界角的概念和发生全反射的条件，折射角等于90°时的入射角叫做临界角，当光线从光密介质射到它与光疏介质的界面上时，如果入射角等于或大于临界角就发生全反射现象．
2．全反射的应用，对全反射现象的解释．光导纤维、自行车的尾灯是利用了全反射现象制成的；海市蜃楼、沙漠里的蜃景也是由于全反射的原因而呈现的自然现象．
三、教具
1．全反射现象演示仪，接线板，烟雾发生器，火柴，产生烟雾的烟雾源，半圆柱透明玻璃砖(半圆柱透镜)，弯曲的细玻璃棒(或光导纤维)．
2．烧杯，水，蜡烛，火柴，试管夹、镀铬的光亮铁球(可夹在试管夹上)．
3．自行车尾灯(破碎且内部较完整)．
4．直尺
四、主要教学过程
(一)引入新课
演示Ⅰ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，放在点燃蜡烛上熏黑，（将试管夹和铁球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，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质，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，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．
(二)新课教学
1． 全反射现象．
（1）光密介质和光疏介质．
光密介质：对于两种介质来说，光在其中传播速度较小的介质，即绝对折射率较大的介质；
光疏介质：对于两种介质来说，光在其中传播速度较大的介质，即绝对折射率较小的介质。
光疏介质和光密介质是相对的．例如：水、空气和玻璃三种物质相比较，水对空气来说是光密介质，而水对玻璃来说是光疏介质。
思考：光线由光疏介质射入光密介质时(例如由空气射入水)，折射角-----于入射角；
光线由光密介质射入光疏介质时(例如由水射入空气)，折射角-----于入射角。
（2）全反射现象
既然光线由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角，由此可以预料，当入射角增大到一定程度时，折射角就会增大到90°，如果入射角再增大，会出现什么情况呢？
观察实验：
演示Ⅱ：将半圆柱透明玻璃砖的半圆一侧靠近激光光源一侧，使直平面垂直光源与半圆柱透明玻璃砖中心的连线，点燃烟雾发生器中的烟雾源置于激光演示仪中，将接线板接通电源，打开激光器的开关．一束激光垂直于半圆柱透明玻璃砖的直平面入射，让学生观察．我们研究光从半圆柱透镜射出的光线的偏折情况。此时入射角0°，折射角亦为零度，即沿直线透出；当入射角增大一些时，此时，会有微弱的反射光线和较强的折射光线，同时可观察出反射角等于入射角，折射角大于入射角，随着入射角的逐渐增大，反射光线就越来越强，而折射光线越来越弱，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光线完全消失，只剩下反射光线．
光传播到两种介质的界面上时，通常要同时发生反射和折射现象，若满足了某种条件，光线不再发生折射现象，而全部返回到原介质中传播的现象叫全反射现象．
那么满足什么条件就可以产生全反射现象呢？
2．发生全反射现象的条件．
（1） 临界角C．折射角等于90°时的入射角叫做临界角，用符号C表示．
光从折射率为n的某种介质射到空气(或真空)时的临界角C就是折射角等于90°时的入射角，根据折射定律可得：
（2）发生全反射的条件．
①光从光密介质进入光疏介质；
②入射角等于或大于临界角．
思考：一束光线射到两种介质界面时，是否一定会发生全反射现象？（学生回答）
3．对全反射现象的解释．
(1)引入新课的演示实验Ⅰ．被蜡烛熏黑的光亮铁球外表面附着一层未燃烧完全的碳蜡混和物，对水来说是不浸润的，当该球从空气进入水中时，在其外表面上会形成一层很薄的空气膜，当有光线透过水照射到水和空气界面上时，会发生全反射现象，而正对小球看过去会出现一些较暗的区域，这是入射角小于临界角的区域，明白了这个道理再来看这个实验，学生会有另一番感受．
(2)让学生观察自行车尾灯．用灯光来照射尾灯时，尾灯很亮，也是利用全反射现象制成的仪器．在讲完全反射棱镜再来体会它的原理就更清楚了．可先让学生观察自行车尾灯内部的结构，回想在夜间看到的现象．引导学生注意生活中的物理现象，用科学知识来解释它，从而更好的利用它们为人类服务．
(3)用激光演示仪的激光光源演示光导纤维传播光的现象，或用弯曲的细玻璃棒进行演示，配合作图来解释现象：
从细玻璃棒一端射进棒内的光线，在棒的内壁多次发生全反射，沿着锯齿形路线由棒的另一端传了出来，玻璃棒就像一个能传光的管子一样．
实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几μm到100μm左右，而且是由内心和外套两层组成的，光线在内心外套的界面上发生全反射，如果把光导纤维聚集成束，使其两端纤维排列的相对位置相同，这样的纤维就可以传递图像．
(4)向学生出示有关材料，让学生阅读大气中的光现象——蒙气差，海市蜃楼，沙漠里的蜃景．
例一．已知如图1所示，介质Ⅱ为空气，介质Ⅰ的折射率为，下列说法中正确的是[ ]．
A．光线a、b都不能发生全反射
B．光线a、b都能发生全反射
C．光线a发生全反射，光线b不发生全反射
D．光线a不发生全反射，光线b发生全反射
解析：根据发生全反射的条件，光从光密介质射到光疏介质中时，介质Ⅰ对空气Ⅱ来说是光密介质，所以光线a可能发生全反射，介质Ⅰ的临界角为：
注意图中光线a给的是与界面的夹角30°，而此时的入射角为60°＞45°，故光线a能发生全反射，故正确选择答案为(C)．
例2 如图2所示，一束光线从空气射入某介质，入射光线与反射光线夹角为90°，折射光线与入射光线延长线间夹角为15°，求：(1)该介质的折射率；(2)光在该介质中传播的速度；(3)当光从介质射入空气时的临界角．
解：根据题意入射光线与反射光线的夹角为90°，又根据光的反射定律，反射角等于入射角，即α=β=45°．
r=α-θ=45°-15°=30°
所以（1）
（2）
（3） C=45
(三)课堂小结
1．全反射现象是非常重要的光学现象之一，产生全反射现象的条件是：①光从光密介质射到它与光疏介质的界面上，②入射角等于或大于临界角．这两个条件都是必要条件，两个条件都满足就组成了发生全反射的充要条件．
2．全反射的应用在实际生活中是非常多的．在用全反射的知识解释时，特别要注意是否满足两个条件．回答这类问题要注意逻辑推理，一般是依据条件要叙述清楚，根据要给充分，结论要简明．
3．临界角是几何光学中一个非常重要的概念，但在高中阶段不宜深入讨论临界角的情况．
五、教学说明
1．注意讲清垂直入射到半圆柱透镜的圆弧面上的光线不研究，只研究光线从半圆柱透镜直平面上发生的反射、折射现象，这个演示实验的现象应让学生做记录，从而验证在折射定律一节中提到的反射光线、折射光线随入射角变化而变化的结论．
2．本节习题与问题解释不要涉及具体的技术问题，也不要讨论偏题、难题，只要达到让学生理解临界角和全反射现象就够了．
小制作：能够导光的水流（全反射原理）(让学生课后讨论并制作)
把小灯泡装在试管里密封起来，下面系个铁块，然后放进大塑料瓶中。塑料瓶的瓶壁开一个直径约2mm的小孔，用纸把塑料瓶包好，除了开孔处外，不使里面的光透出来。瓶中灌水，水从孔中流出，同时点亮灯泡，可以看到水流落地点比别处亮得多，如何解释这个现象？
解答：光线从水中进入水流，可以将水流看成是一条水光缆，而外面的空气相对于水流就成了光疏介质，光线在里面发生全反射，出不来，因此光线就沿着水流传播，所以水流落地点比别处亮得多。
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