2022年高中物理 《全反射与光导纤维》教案 沪科版选修3-4

2022年高中物理 全反射与光导纤维教案 沪科版选修3-4三维教学目标1、知识与技能（1）知道什么是光疏介质和光密介质，理解光的全反射现象，掌握发生全反射的条件（2）理解临界角的物理意义，会根据公式确定光从介质射入真空（空气）时的临界角2、过程与方法：通过观察演示实验，使学生了解到光在两种介质界面上发生的现象(反射和折射)，观察反射光线、折射光线随入射角的变化而变化，培养学生的观察、概括能力，通过相关物理量变化规律的学习，培养学生分析、推理能力。3、情感、态度与价值观：（1）通过这部分知识的学习，使学生对自然界中许多美好的现象进行充分的认识，学会用科学知识来解释自然现象（2）了解我国光纤技术的进展以及光导纤维在现代科技中的应用，培养爱国主义热情和科学态度教学重点：会根据公式确定光从介质射入真空（空气）时的临界角教学难点：理解临界角的物理意义教学方法：引导、探究教学用具：光的折射演示器，半圆柱透明玻璃、直尺、 1、全反射现象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）光密介质和光疏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，叫光密介质，而光在其中传播速度较大的介质，即绝对折射率较小的介质叫光疏介质，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，根据折射定律可知，光线由光疏介质射入光密介质时(例如由空气射入水)，折射角小于入射角；光线由光密介质射入光疏介质(例如由水射入空气)，折射角大于入射角。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？演示2：将半圆柱透镜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镜中心的连线，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镜的直平面入射，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，只剩下反射光线这种现象叫做全反射。（2）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： （3）发生全反射的条件：光从光密介质进入光疏介质；入射角等于或大于临界角。3、对全反射现象的解释（1）引入新课的演示实验1 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m到100m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）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。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： 光从光密介质射到它与光疏介质的界面上， 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）为了给后面全反射棱镜的学习打基础临界角是几何光学中一个非常重要的概念，但在高中阶段不深入讨论临界的情。（三）光导纤维演示：光线在“模拟光纤”中的全反射。观察：a、玻璃棒周围有没有光线射出；b、从玻璃棒末端射出的光强度和没有插玻璃棒时，光线从小孔射出时的强度。我们都知道玻璃本来是非常坚硬的，但是有一种特制的玻璃丝，却可以做的非常柔软、非常细。现在，我们将这样的多根玻璃纤维捆绑成一束，然后，将首端的光照情况遵循某种规律，如图3，则在纤维束的末端，会出现什么情况？1定义：光导纤维是一种利用光的全反射原理制成的能传导光的玻璃丝，由内芯和外套组成，直径只有几微米到100微米左右，内芯的折射率大于外套的折射率。应用领域：医疗，通信