高中物理选修3-4全反射教案

13.2 全反射

【教学过程】

（一）引入新课

让学生甲到黑板前完成图1与图2两幅光路图（完整光路图）

图1 图2

（估计学生甲画图时会遗漏反射光线）

师：光在入射到空气和水的交界面处时，有没有全部进入水中继续传播呢？

生：有一部分被反射回去。

（学生甲补画上反射光线）

师：很好。甲同学正确地画出了光从空气进入水中时的折射角…

生：小于入射角。

师：光从水中进入空气时，折射角…

生：大于入射角。

师：对。那么如果两种介质是酒精和水呢？请乙同学到前面来完成光路图。

图3 图4

学生乙顺利完成两图。

（二）进行新课

1．光密介质和光疏介质

（1）给出光密介质和光疏介质概念。

（2）让学生指出图1中的光密介质和光疏介质，再指出图2中的光密介质和光疏介质。

图 6

图7

让学生自己体会出一种介质是光密介质还是光疏介质其实是相对的。

（3）（投影片出示填空题）

光从光疏介质进入光密介质，折射角________入射角；光从光密介质进入光疏介质，折射角________入射角。

（本题让学生共同回答）

2．全反射

（设置悬念，诱发疑问）

师：在图2和图3中，折射角都是大于入射角的。设想，当入射角慢慢增大时，折射角会先增大到90°，如果此时我们再增大入射角，会怎么样呢？

（这时可以让学生自发议论几分钟）

生甲：对着图2说，可能折射到水中吧？。

师：可能会出现图5这种情况吗？

（其余学生有的点头，有的犹疑）

生乙：应该没有了吧？

生丙：最好做实验看看。

师：好，那就让我们来做实验看看。

（1）出示实验器材，介绍实验。

师：半圆形玻璃砖可以绕其中心O 在竖直面内转动如图6所示，入射光方向不变始终正对O 点入射。

（2）请学生画出图7中光线到达界面Ⅰ时的反射和折射光路。

学生丙画出了图8中的光路图。

图8

［教师点拨］入射点A 处曲面的法线是怎样的？想一想法线的性质是什么？

生：和界面垂直。

师：如果界面是曲面呢？应和该处曲面的切面垂直，再启发学生想想圆上每一点的切线和该点半径的关系，学生悟出A 处的法线就是OA . 进而画出正

确的光路图如图9。

（3）让学生画出光线入

射到界面Ⅱ时的反射光路和

折射光路。

（学生顺利完成图10）

（4）观察实验 师：现在我们来研究光入射到界面Ⅱ时所发生的反射和折射现象。

转动玻璃砖，让光线在界面Ⅱ处的入射角渐增。

［问］你们看到了什么现象？

生甲：入射角增大，反射角和折射角都增大。

生乙：反射光越来越亮，折射光越来越暗。

继续转动玻璃砖，学生看到当折射角趋于90°时，折射光线已经看不见了，只剩下反射光线。继续转动玻璃砖，增大入射角，都只有反射光线。

（学生恍然大悟）

师：什么结果？

生：折射角达到90°时，折射光线没有了，只剩下反射光线。

师：这种现象就叫全反射。

3．发生全反射的条件

（1）临界角C

［要求学生根据看到的现象归纳］

（学生讨论思考）

生甲：入射角要大于某一个值。 图9

图10

师：对，我们把这“某一值”称为临界角，用字母C 表示。

重复实验至折射角恰等于90°时停止转动玻璃砖。让前面的学生读出此时的入射角即临界角C 约为42°左右。

师：后面的学生看不见读数，那我现在告诉你们这种玻璃的折射率n =1.5，请你们算出这种玻璃的临界角。（学生觉得无从下手）

［教师启发］想想当入射角等于临界角C 时，折射角多大？

学生领会，列出算式：=n

师：这样对吗？错在哪儿？

生甲：光不是从空气进入玻璃。

师：对了。你们自己改正过来。

学生列出正确计算式：=n 1 sin C =n

1 代入n 算得结果与实验基本相符。

教师点明临界角的计算公式：sin C =n

1 （2）发生全反射的条件

师：毫无疑问，入射角大于等于临界角是条件之一，还有其他条件吗？

生乙：光从玻璃进入空气。

师：可以概括为…

生：光从光密介质进入光疏介质。

师：很好，记住，是两个条件，缺一不可。

［投影例题］教材74页。

师生一起分析解决问题。

4．全反射的应用——全反射棱镜和光导纤维

（1）学生阅读课本有关内容。

（2）教师补充介绍有关光纤通信的现状和前景。

（3）演示课本光纤实验，不过改用前面实验中

的激光束来做，效果很好。

（4）辅助练习［投影片］

如图11表示光在光导纤维中的传播情况，纤维

为圆柱形，由内芯和涂层两部分构成.内芯为玻璃，

折射率为n0；涂层为塑料，折射率为n1，且n1＜n0.

光从空气射入纤维与轴线成θ角.光线在内芯侧壁上发生多次全反射后至纤维的另一端射出。若内芯的折射率n0=1.5，涂层的折射率n1=1.2，求入射角θ最大不超过多少度光线才能在内芯壁上发生全反射。