【教案】全反射+教案-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

.2全反射〖教材分析〗教材通过展示水中的气泡为什么更明亮，引入本课。在学习全反射之前还要明确几个概念，虽然全反射现象在日常生活中经常能遇到，但本节要探讨光发生全反射的条件以及相关应用。全反射及其发生的条件是本节的重点，也是培养学生科学思维，帮助他们形成物理观念的重要载体。全反射棱镜和光导纤维是对全反射原理的应用，这部分内容有利于开阔学生视野，加深对全反射的认识。〖教学目标与核心素养〗物理观念∶知道光密介质和光疏介质的概念，理解光的全反射现象。科学思维∶利用全反射的知识能够画相应的光路图和计算。科学探究：通过实验观察全反射现象，能解释生活中的全反射现象。科学态度与责任∶了解光导纤维的工作原理及光纤技术对社会经济生活的重大影响，培养社会责任感。〖教学重难点〗教学重点：全反射及其发生的条件。教学难点：全反射及其发生的条件和相关的计算问题，以及画好光路图。〖教学准备〗水、激光、玻璃砖、量角器等。〖教学过程〗一、新课引入（播放动图）水中的气泡看上去特别明亮，这是为什么呢？二、新课教学（一）全反射要理解全反射的概念，得先吗明确光疏介质和光密介质的概念。我们已经知道不同介质的折射率通常是不同的，物理上把两种介质折射率相对较小的叫做光疏介质，折射率相对较大的小做光密介质。即光疏介质:两种介质中，折射率相对较小的介质。光密介质:两种介质中，折射率相对较大的介质。要注意，这里的疏和密都是相对的。比如水、玻璃和空气三种物质相比较，水对玻璃来说是光疏介质。但对空气来说就是光密戒。根据折射定率，显然光线由光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角，而光线由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角。思考：光由光密介质进入光疏介质时，如果入射角不断增大，使折射角增大到90º时，会出现什么现象？演示: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的边上，在这个边与空气的界面上会发生反射和折射。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：当光射到圆心时，一部分折射到空气中，另一部分光会反射回玻璃砖内，再垂直于半圆面回到空气中。保持玻璃砖的位置不变，逐渐增大光线的入射角，折射角也会对应的增大。并且能够观察到折射光线越来越弱，反射光线越来越强。（播放动图展示该过程）分析：此时由于光线从光密介质射入光疏介质，折射角大于入射角。所以当折射角达到90度时，入射角仍然小于90度。如果继续增大入射角，就会发现折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象。这种现象就叫做全反射。全反射：光从光密介质射向光疏介质时，当入射角增大到某一角度，光线全部被反射回光密介质的现象。从这个定义可以看出，发生全反射的条件有两个。①光由光密介质射向光疏介质。如图所示，当光由光疏介质射向光密介质时，由于折射角小于入射角，虽然随着入射角的增大，折射角也增大。但肯定是入射角先增大了90度，所以折射角是不可能达到90度的。也就是说这种情况下不会发生全反射。只有光由光密介质射向光疏介质时，由于折射角大于入射角，随着入射角的增大，折射角会先到达90度。继续增大入射角，折射光线就会消失，发生全反射。从刚才的这个过程不难发现，发生全反射的第二个条件就是入射角要足够大。②就是入射角要足够大思考与讨论由于不同介质的折射率不同，在光从介质射入空气（真空）时，发生全反射的临界角是不一样的。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？分析：只有当入射角大于等于临界角时才会发生全反射。物理上光从光密介质射向光疏介质时，折射角等于90度时的入射角叫做临界角，用字母C表示。临界角（C）：光从光密介质射向光疏介质时，折射角等于90度时的入射角。根据折射定律可以列出这么个方程变形就得到了临界角c的计算公式为从这个关系式可以看出，介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。以下是常见物质的反射角。介

质水玻璃金刚石折射率n1.331.5~1.9n＝2.42临界角C48.8

°32

°~

42

°24.4

°解释课前引入的问题。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。课本例题在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，为什么？这个圆锥的顶角是多大？分析：如图，岸上所有景物发出的光，射向水面时入射角θ1分布在0到90°之间，射入水中后的折射角θ2都在0至临界角C之间。解：几乎贴着水面射入水里的光线，在潜水员看来是从折射角为C的方向射来的，水面上其他方向射来的光线，折射角都小于C。因此他认为水面以上所有的景物都出现在顶角为2C的圆锥里。由公式和水的折射n＝1.33，可求得临界角设圆锥的顶角为a，则有a＝2C＝97.6°即圆锥的顶角为97.6°。（二）全反射棱镜我们已经知道当光从光密介质射向光疏介质，入射角大于或等于临界角时，会发生全反射现象，此时折射光线消失。反射光的能量等于入射光的能量，也就是说全反射的能量几乎没有损耗。相当于平面镜的反射而言，反射效率非常高。思考：那么怎么才能利用全反射的这个优点呢？玻璃具有良好的透光性，它的折射率为1.5，临界角约为42度，利用玻璃这些数据就可以制成截面为等腰直角三角形的全反射棱镜。当光线垂直于直角边或垂直于斜边射入棱镜后，由于入射光的方向与第一个玻璃面垂直光线不发生偏折。当光入射到下一个界面处时光线的入射角为45度，大于玻璃的临界角42度，会在该处发生全反射。如果光是垂直于棱镜的直角边射入时，那么光会在斜边处发生一次全反射，从另一直角边射出。光的传播方向改变90度。如果光是垂直于三棱镜的斜边射入的，那么他会在两个直角边处各发生一次全反射，仍然从斜边射出，光的传播方向改变180度。全反射棱镜的优点：反射率高，反射失真小，不必涂反光材料。应用：双筒望远镜中的全反射棱镜和自行车尾灯等。某些双筒望远镜中，光在两个全反射棱镜上分别发生全反射后进入人眼，可以缩短目镜和物镜间的距离，使望远镜更加小巧。自行车尾灯，当后方的车灯发出的光照射到自行车的尾灯上时，光线进入尾灯内的塑料，在塑料和空气的分界面上发生全反射，最终光只能从尾灯的前表面在透射出来，而且出这光线与入射光线平行，使得绝大多数的反射光都回到了发光物体所在的方向。所以在夜晚，虽然自行车的尾灯并不发光，但仍然显得非常的明亮。（三）光导纤维实验：观察光在弯曲的有机玻璃棒中传播的路径如图，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：用激光照射一根弯曲的细玻璃棒，可以看到光线从玻璃棒的一端进入后，在玻璃棒的内地多次发生全反射，沿着路线传播。最终从棒的另一端传了出来。（播放动图展示）分析：这是由于玻璃相对于空气而言是光密介质，当光线在玻璃棒内部射到侧壁上，入射角大于临界角，就发生了全反射。当光在有机玻璃棒内传播时，如果从有机玻璃射向空气的入射角大于临界角，光会发生全反射，于是光在有机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。应用：传像束、内窥镜、光纤通信光导纤维最开始被用于传输图像，把许多根光导纤维合成一束，就是两端的纤维按相同的次序排列，就可以用来直接传输图像。内窥镜。比如医学上用光导纤维制成内窥镜用来检查人体的胃肠，气管等内脏器官。除了直接传输图像，光导纤维更重要的作用是用于光纤通信及远距离传疏光信号，而光信号又可以转化为电信号，进而变成文字，声音，图像等数据。光纤通信有许多优点，将数据容量大，信号衰减小，传疏速度快，抗干扰能力强的正因为如此，目前光纤通信正在逐渐代替电缆通信成为主要的通信方式。做一做：水流导光将塑料瓶下侧开一个小孔，瓶中灌入清水，水就从小孔流出。用激光水平射向塑料瓶小孔（图激光可由激光笔产生），观察光的传播路径。课堂练习例1：(多选)如图所示,ABCD是两面平行的透明玻璃砖,AB面和CD面是玻璃和空气的界面,分别设为界面Ⅰ和界面Ⅱ。光线从界面Ⅰ射入玻璃砖,再从界面Ⅱ射出回到空气中。如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角,则()A.只要入射角足够大,光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象B.只要入射角足够大,光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象C.不管入射角多大,光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象D.不管入射角多大,光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象解析：在界面Ⅰ光由空气进入玻璃砖,是由光疏介质进入光密介质,不管入射角多大,都不可能发生全反射现象,选项A错误,C正确。在界面Ⅱ光由玻璃进入空气,是由光密介质进入光疏介质,但由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行,光由界面Ⅰ进入玻璃后再到达界面Ⅱ,在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角,故界面Ⅱ上的入射角总是小于临界角,因此光在界面Ⅱ上不可能发生全反射现象,选项B错误,D正确。例2：图是一个用折射率:n＝2.4的透明介质做成的四棱柱的横截面图，其中∠A＝∠C＝90°，∠B＝60，现有一束光从图示的位置垂直入射到棱镜的AB面上，画出光路图，确定射出光线。注意：每个面的反射光线和折射光线都不能忽略。解：根据临界角公式得=24°38、易得C<30°.〖板书设计〗4.2全反射一、全反射1.全反射现象：指光从光密介质射向光疏介质时，