高中物理 13.7 光的全反射教案 新人教版3-4
高中物理 第十三章 光(第2课时)全反射教师用书 新人教版选修3-4-新人教版高二选修3-4物理教案
第2课时全反射研究学考·把握考情]知识内容全反射考试要求加试b 教学要求1.区分光疏介质和光密介质2．了解光的全反射现象，知道全反射现象产生的条件3．知道光导纤维和全反射棱镜，了解它们的应用4．会计算全反射临界角知识点一全反射基础梳理]1．光疏介质和光密介质(1)折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质。
(2)光疏介质与光密介质是相对的。
2．全反射当光从光密介质射向光疏介质时，同时发生折射和反射，如果入射角逐渐增大，折射光离法线会越来越远，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90°时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫做全反射。
3．临界角(1)定义：折射角为90°时的入射角叫做临界角。
(2)临界角C与折射率n的关系：sin C＝1n。
4．发生全反射的条件当光从光密介质射入光疏介质时，如果入射角等于或大于临界角，就会发生全反射现象。
要点精讲]1．对光疏介质和光密介质的理解(1)光疏介质和光密介质是相对而言的。
(2)光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小。
(3)光从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角；反之，光由光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角。
(4)光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不指它的密度大小。
2．全反射(1)临界角：折射角为90°时的入射角称为全反射的临界角，用C 表示，sin C ＝1n。
(2)全反射的条件：①光由光密介质射向光疏介质；②入射角大于或等于临界角。
(3)全反射遵循的规律：发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用。
[例题 ] 某种介质对空气的折射率是2，一束光从该介质射向空气，入射角是60°，那么以下光路图中正确的选项是(图中Ⅰ为空气，Ⅱ为介质)( )解析 由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sin C ＝1n ＝12，得C ＝45°＜θ1＝60°，故在两介质的界面上会发生全反射，只有反射光线，没有折射光线，应选项D 正确。
物理选修3-4人教新课标13.7全反射教案
13.7 全反射【【教教学学目目标标】】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。
【【重重点点难难点点】】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。
【教学方法】讲练结合【教学用具】课 件【【教教学学过过程程】】一、光密介质和光疏介质1、光密介质和光疏介质：不同折射率的介质相比较，折射率较大的叫光密介质，折射率较小的叫光疏介质。
2、光密介质和光疏介质具有相对性。
二、全反射1、全反射：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫做全反射。
2、临界角：折射角等于90°（或折射光线恰好消失)时的入射角叫临界角。
sin901n sin sin nC C =⇒= 3、全反射的条件：（1）光由光密介质进入光疏介质；（2）入射角大于或等于临界角。
4、反射和折射中的能量问题：（1）入射光的能量等于反射光的能量和折射光的能量之和；（2）入射角增大，反射光的能量增大，折射光的能量减小；（3）发生全反射时，反射光的能量等于入射光的能量。
5、常见全反射现象及应用：（1）常见全反射现象：如：水中或玻璃中的气泡看起来非常亮等等（2）应用：全反射棱镜、光导纤维【例1】潜水员在水探为h 的地方向水面观察时，发现整个天空及远处地面的景物均呈现在水面处的圆形区域内，已知水的临界角为θ，则所观察到的圆形区域半径是多少?【例2】某人在水面上游泳，看见水底发光体在正下方，当他向前游了2 m 时恰好看不见发光体。
求发光体距水面的深度。
（n水=4/3）解析：如图所示，由于全反射，发光体发出的光仅能照亮以2 m 为半径的圆形水面。
由几何关系得：sin C =2222h + 又有sinC=n 1，故2222h +=43 h ≈1.76 m. 【例3】如图所示，一立方体玻璃砖放在空气中，折射率为n ＝1.50，平行光束从立方体的顶面斜射人玻璃砖，然后投射到它的一个侧面，问：（1）这光线能否从侧面射出?（2）若光线能从侧面射出，玻璃砖折射率应满足什么条件？【【课课外外作作业业】】1、教材：P 5——（3）2、学海导航：P 2——4【【教教学学后后记记】】。
《全反射》教学设计-附学案
《全反射》教学设计教学分析1、“全反射”一节在教材中的地位和作用“全反射”是人教版高中物理新课标教材·选修3-4第十三章“光”第七节的内容。
“全反射”现象在生活中常会遇到，本节从光的折射入手，在直线传播、反射、折射知识的基础上，进一步理解和应用折射定律和折射率，探讨了光发生全反射的条件以及相应的应用。
全反射及发生全反射的条件是本章的重点。
本节内容与生产和科技应用联系紧密，体现了课堂知识与生产、科技的紧密联系。
所以，学习这部分知识有着重要的现实意义。
2、教学对象分析我班是学校的重点班级，大部分学生基础相对较好，素质相对其他班级较高、理解能力较强，在教师的引导下敢于探索。
但部分学生的抽象思维和空间想象能力还比较低，对物理现象和知识的理解、判断、分析、和推理常常表现出一定的主观、片面性，这就要求在教学过程中合理安排、指导和引导学生突出重点、突破难点，提高学生分析、归纳、及抽象思维能力。
教学目标1、知识与技能目标1)、知道光疏介质和光密介质2)、理解光的全反射现象，掌握临界角的概念和发生全反射的条件，并能用来解释生活中的全反射现象3)、知道全反射棱镜及应用，初步了解光导纤维的工作原理，认识光纤技术对社会经济生活的重大影响。
2、过程与方法1）通过实验演示、讨论、分析过程，使学生能用准确的语言归纳全反射现象，培养学生创新精神和实践能力。
2）启发学生积极思维，培养学生的归纳和语言表达能力。
3、情感态度与价值观1）激发学生学习物理的兴趣，养成良好的科学态度。
2）让学生在物理学习中感悟理论与实践联系的辨证关系。
3）培养学生观察、分析、解决问题的能力三、教学重点教学重点：全反射条件、临界角的概念及其应用四、教学难点1、临界角概念2、临界条件时的光路图及应用五、教学媒体，方法教学方法采用直观、感性的演示实验和多媒体视频辅助教学，将演示实验与多媒体的模拟分析有机结合起来。
课堂上，恰当的设疑，引导学生猜想，再通过演示和多媒体分析，最后得出结论。
高中物理第十三章7光的颜色色散教材梳理教案新人教版选修3-4
光的颜色 色散知识·巧学一、光的颜色1.光的颜色光的频率决定光的颜色；不同颜色的光波长不同,在真空中λ=fc . 误区警示 光的颜色由光的频率决定，不要认为光的颜色由光的波长决定,这是因为同一种光在不同的介质里传播时，频率始终不变,但是波长却不一样。
2.光的色散含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫光的色散.3。
光谱的定义含有多种颜色的光被分解后，各色光按其波长的有序排列就叫光谱。
深化升华 红到紫七色光中波长依次减小；红到紫七色光中频率依次增大。
二、薄膜干涉中的色散1.薄膜干涉的成因如图13—4-1所示，竖直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用使下面厚、上面薄，因此在薄膜上不同的地方，从膜的前、后表面反射的两列光波叠加，若两列波叠加后互相加强，则出现亮纹；在另一些地方，叠加后互相减弱，则出现暗纹,故在单色光照射下，就出现了明暗相间的干涉条纹;若在白光照射下，则出现彩色干涉条纹.图13-4-1深化升华(1）观察的是从膜前、后两表面反射回来的光，不是透过膜的光，眼睛与光源在膜的同一侧。
(2）用单色光和白光分别照射同一膜，观察到的现象是不同的，用白光照射膜时，某一位置红光得到加强，其他颜色的光就被削弱，故在此位置看到的是红色,而另一位置则会看到黄色等其他颜色；而在单色照射下,则会出现明暗相间的条纹。
2。
薄膜干涉的应用（1）用干涉法检查平面:如图13—4-2所示,被检查平面B与标准样板A之间形成了一个楔形的空气薄膜，用单色光射入,入射光从空气膜的上、下表面反射出两列光波,形成干涉条纹，被检查平面若是平的,空气膜厚度相同的各点就位于一条直线上,干涉条纹平行；若被检查表面某些地方不平，那里空气膜产生的干涉条纹将发生弯曲。
图13-4-2（2）增透膜:光学元件(透镜、棱镜）的表面涂一层薄膜，当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1/4时，在薄膜的两个面上的反射光,光程差恰好等于半波长，因而相互抵消,达到减小反射光,增大透射光强度的作用。
最新全反射—人教案高中物理选修3-4教案
全反射【学习目标】1．通过实例分析掌握光的反射定律与光的折射定律．2．学会用光的折射、反射定律来处理有关问题．3．知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念．4．能判定是否发生全反射，并能分析解决有关问题．5．明确测定玻璃砖的折射率的原理．6．知道测定玻璃砖的折射率的操作步骤．知识回顾：1.光发生折射的条件？答：在两种不同的介质得界面上2.光路可逆吗？答：可以3.如果由光密介质到光疏介质一直增大入射角，会发生什么情况？答：折射光消失，只发生反射知识点一、全反射光疏介质和光密介质：光在各种介质中的传播速度和介质相对真空的折射率都是不相同的．两种介质相比较光在其中传播速度大，而折射率小的介质叫光疏介质；光在其中传播速度小，而折射率大的介质叫光密介质．对光疏介质和光密介质的理解：（1）光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对的意义．例如：水晶（1.55n=）是光密介质，而对金刚石来说（ 2.427n=），n=）对玻璃（1.5就是光疏介质．同一种介质到底是光疏介质还是光密介质，是不确定的．（2）光若从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角；反之，光由光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角．（3）光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的密度大小．例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介质．（4）光疏介质和光密介质的比较．光疏介质和光密介质的比较表要点诠释：光疏介质、光密介质是对确定的两种介质而言的．任何两种透明介质都可以通过比较光在其中速度的大小或折射率的大小来判定谁是光疏介质或光密介质．全反射：（1）全反射现象：光由光密介质射向光疏介质时，折射角大于入射角．当入射角增人，反射光增强，折射光减弱，继续增大入射角，当折射角达到90︒时，折射光全部消失，入射光全部被反射回原介质，当入射角再增大时．入射光仍被界面全部反射回原介质，这种现象叫全反射．（2）对全反射的理解：①全反射是光的折射的特殊现象，全反射现象还可以从能量变化角度加以理解．当光线从光密介质射入光疏介质，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，发生了全反射．②发生全反射的条件：光线从光密介质射向光疏介质；入射角大于或等于临界角．③全反射遵循的规律：光由光密介质进入光疏介质发生全反射时，仍然遵守反射定律．有关计算仍依据反射定律进行．临界角（1）临界角的定义：折射角为90 时的入射角称为全反射临界角，简称临界角，用C表示．要点诠释：①光从光密介质射向光疏介质时，只要入射角大于或等于临界角C，一定会发生全反射现象．②一般情况下，光由一种介质到达另一种介质时，光既有反射又有折射，即光的能量有一部分反射回原介质中：而另，一部分则进入其他介质中．发生全反射时，光的能量全部反射回原介质中．（2）临界角C的表示式：由折射定律知，光由某介质射向真空（或空气）时，若刚好发生全反射，则sin 901sin sin n C C︒==． 所以1sin C n =，即1arcsin C n =． 应用全反射解决实际问题的基本方法：（1）确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质．（2）若光由光密介质进入光疏介质时，则根据1sin C n=确定临界角，看是否发生全反射．（3）根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”．（4）运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理，运算及变换进行动态分析或定量计算．应用全反射解释自然现象：（1）对“海市蜃楼”的解释：由于光在空气中的折射和全反射，会在空中出现“海市蜃楼”．在海面平静的日子，站在海滨，有时可以看到远处的空中出现了高楼耸立、街道棋布、山峦重叠等景象．这种景象的出现是有原因的．当大气层比较平静时，空气的密度随温度的升高而减小，对光的折射率也随之减小，海面上空的空气温度比空中低，空气的折射率下层比上层大．我们可以粗略地把空中的大气分成许多水平的空气层，如图所示，下层的折射率较大．远处的景物发出的光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较低的上一层的入射角越来越大，当光线的入射角大到临界角时，就会发生全反射现象．光线就会从高空的空气层中通过空气的折射逐渐返回折射率较低的下一层．在地面附近的观察者就可以观察到由空中射来的光线形成的虚像．这就是海市蜃楼的景象．如图所示．（2）对沙漠上、柏油路上的蜃景的解释：在沙漠里也会看到蜃景，太阳照到沙地上，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也小．从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，也可能发生全反射．人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒景（如图），仿佛是从水面反射出来的一样．沙漠里的行人常被这种景象所迷惑，以为前方有水源而奔向前去，但总是可望而不可即．在炎热夏天的柏油马路上，有时也能看到上述现象．贴近热路面附近的空气层同热沙面附近的空气层一样，比上层空气的折射率小．从远处物体射向路面的光线，也可能发生全反射，从远处看去，路面显得格外明亮光滑，就像用水淋过一样．（3）水或玻璃中的气泡为何特别明亮？由图可知，也是光线在气泡的表面发生全反射的结果．光纤通信全反射现象在通信中有、重要的作用，光导纤维之所以能传光、传像，就是利用了光的全反射现象，光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1m100mμμ～．如图所示，它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，光由一端进入，在两层的界面上经多次全反射，从另一端射出．光导纤维可以远距离传播光，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像．如果把许多（上万根）此导纤维合成一束，并使两端的纤维按严格相同的次序排列，就可以以传输图像．例题3.一束光波以45︒的入射角，从AB面射入如图所示的透明三棱镜中，棱镜折射率2n=．试求进入AB面的折射角，并在图中画出该光束在棱镜中的光路．【答案】见解析【解析】光在AB 面上O 点射入，由折射定律，sin 21sin 222i r n ===． 所以30r =︒，光线射到AE 面上的D 点．由几何知识得OD BE ∥，且在AE 面上的入射角为45i =︒．在AE 面上由折射定律：112sin 22C n ===， 所以45C =︒．故光线在AE 面发生全反射，并垂直BE 面射出，其光路图如图所示．【总结升华】光路要根据折射定律边计算边画．课堂练习一：如图示是两个同种玻璃制成的棱镜,顶角1α略大于2α,两束单色光A 和B 分别垂直射于三棱镜后,出射光线与第二界面的夹角12ββ=, 则( )A.A 光束的频率比B 光束的小B.在棱镜中A 光束的波长比B 光束的短C.在棱镜中B 光束的传播速度比A 光束的大D.把两束光由水中射向空气, 产生全反射,A 光的临界角比B 的临界角大【答案】AD【解析】 c os /sin n βα=∵12 αα＞∴12 n n ＜∴频率12 νν＜ 1sin C n= ∴ 12C C ＞课堂练习二：如图示，有一玻璃直角三棱镜ABC，其临界角小于45 ，一束平行于BC 边的白光射到AB面，在光束射在三棱镜时，（设光线在三棱镜内射到BC边上）（）A.从玻璃直角三棱镜BC面，射出的是白色光束B.从玻璃直角三棱镜AC面，射出的是白色光束C.从玻璃直角三棱镜AC面，射出的是彩色的不平行光束D.从玻璃直角三棱镜AC面，射出的是平行于入射线的彩色光束【答案】D【解析】画出光路图如图示，光在BC面全发射。
全反射教学设计
全国首届大学生中学物理教学技能大赛设计者：庄琳《全反射》教学设计【教材分析】“全反射”是人教版高中物理教材选修3-4第十三章第七节的内容，是几何光学的一个重要知识点。
本节课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。
同时，全反射现象与生活和现代科技联系紧密，实现了课堂知识走向课外、走向生产、走向科技，所以学习这部分知识有着重要的现实意义。
【设计理念】本节课始终贯穿“以学生为中心”的思想展开设计，具体突出在两方面：1、设疑法导入新课从心理学的角度来分析，正常情况下学生的心理处于一种平衡的状态。
当运用原有的知识经验不能对新的观点、现象进行解释或运用原来的方法对新的问题、困难不能解决时，也就产生了认知冲突，打破了原来的平衡状态。
当人心理失去平衡时，本能地会产生一种平衡的需求，从学习的意义上讲，就会产生新的学习需要。
这样学生全身心的潜能得到调动和挖掘，全身心投入，通过多种方式来建立心理平衡。
所以引入“全反射”知识之前，我设计让学生用已学的知识解题。
在此过程，学生遇到不能解决的问题，引发了认知冲突，激发学生对新学内容的兴趣，使学生产生了内在学习动机。
那么，在下面整节课的学习中，学生会注意力集中，主动积极地投入到新知识的学习之中，满足自己的需求，实现内心的平衡。
2、自主、合作探究“全反射”发生的条件由于本节课是概念和规律的教学，应该基于学生的认知规律和生活经验，宜采用直观、感性的实验归纳，避免向学生灌输物理概念和原理。
依据建构主义的学习理论强调的“一个人要获得一种同现实十分一致的建构体系绝非轻而易举，要经过大量的探索和试误过程”。
所以本节课主要采用“自主、合作、探究”型教学模式。
以问题为起点，以自主探究为轴心开展教学，力求使学生主动建构知识与技能，提升情感、态度与价值观。
高中物理 第十三章 光 2 全反射教案 新人教版选修3-4-新人教版高中选修3-4物理教案
2 全反射1．光疏介质和光密介质(1)光疏介质：折射率较小(填“大”或“小”)的介质． (2)光密介质：折射率较大(填“大”或“小”)的介质．(3)光疏介质与光密介质是相对(填“相对”或“绝对”)的．2．全反射现象(1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射．若入射角增大到某一角度，折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象．(2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角．用字母C 表示，光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n 的关系是sin C ＝1n. (3)全反射发生的条件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．二、全反射棱镜1．形状：截面为等腰直角三角形的棱镜．2．全反射棱镜的特点(1)当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，与平面镜相比，它的反射率很高．(2)反射面不必涂敷任何反光物质，反射时失真小．三、光导纤维1．原理：利用了光的全反射．2．构造：由内芯和外套两层组成．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．3．光纤通信的优点是容量大、衰减小、抗干扰性强等．4．光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等．1．判断下列说法的正误．(1)入射角大于临界角就会发生全反射现象．( ×)(2)光密介质是指密度大的介质．( ×)(3)制作全反射棱镜的材料的折射率一定大于 2.( ×)(4)光在光导纤维中的传播速度小于真空中的光速c.( √)2.一束光从某介质进入真空，方向如图1所示，则该介质的折射率为________；逐渐增大入射角，光线将________(填“能”或“不能”)发生全反射；若使光发生全反射，应使光从________射入________，且入射角大于等于________．图1答案 2 能介质真空45°一、全反射当光从水中射向与玻璃的交界面时，只要入射角足够大就会发生全反射，这种说法正确吗？为什么？答案 不正确．要发生全反射必须是光从光密介质射向光疏介质．而水相对玻璃是光疏介质，所以不管入射角多大都不可能发生全反射．1．全反射现象(1)全反射的条件：①光由光密介质射入光疏介质．②入射角大于或等于临界角．(2)全反射遵循的规律：①发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律．②全反射的临界角C 和折射率n的关系：sin C ＝1n. (3)从能量角度来理解全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大．同时折射光线强度减弱，能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光线的能量等于入射光线的能量．2．不同色光的临界角由于不同颜色(频率不同)的光在同一介质中的折射率不同．频率越大的光，折射率也越大，所以不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越大的光的临界角越小，越易发生全反射．例1某种介质对空气的折射率是2，一束光从该介质射向空气，入射角是60°，则下列光路图中正确的是(图中Ⅰ为空气，Ⅱ为介质)( )答案D解析由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sin C＝1n＝22，得C＝45°＜θ＝60°，故在两介质的界面上会发生全反射，只有反射光线，没有折射光线，故选项D正确．二、全反射棱镜如图所示，已知玻璃的折射率为1.5，甲图中当光线垂直BC面入射时，光线到达AC面的入射角是多少？能否发生全反射？乙图中当光线垂直AC面入射时，光线到达AB面的入射角是多少？能否发生全反射？答案45°能发生全反射45°能发生全反射全反射棱镜改变光路的几种情况入射方式项目方式一方式二方式三光路图入射面AB AC AB全反射面AC AB、BC AC 光线方向改变角度90°180°0°(发生侧移)例2空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图2所示．方框内有两个折射率n＝1.5的全反射玻璃棱镜．下列选项给出了两棱镜的四种放置方式的示意图．其中能产生图中效果的是( )图2答案B解析四个选项的光路图如图所示：可知B项正确．三、光导纤维如图所示是光导纤维的结构示意图，其内芯和外套由两种光学性能不同的介质构成．构成内芯和外套的两种介质，哪个折射率大？为什么？答案内芯的折射率大．因为当内芯的折射率大于外套的折射率时，光在传播时能发生全反射，光线经过多次全反射后能从一端传到另一端．1．构造及传播原理(1)构造：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有几微米到一百微米，如图3所示，它是由内芯和外套两层组成的，内芯的折射率大于外套的折射率．图3(2)传播原理：光由一端进入，在两层的界面上经过多次全反射，从另一端射出，光导纤维可以远距离传播光信号，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像．2．光导纤维的折射率设光导纤维的折射率为n ，当入射角为θ1时，进入光导纤维的光线传到侧面恰好发生全反射，则有：sin C ＝1n ，n ＝sin θ1sin θ2，C ＋θ2＝90°，由以上各式可得：sin θ1＝n 2－1.由图4可知：当θ1增大时，θ2增大，由光导纤维射向空气的光线的入射角θ减小，当θ1＝90°时，若θ＝C ，则所有进入光导纤维中的光线都能发生全反射，即解得n ＝ 2.图4 以上是光从光导纤维射向真空时得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比2大些． 例3 如图5所示，AB 为一直光导纤维，A 、B 之间距离为s ，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射，由A 点传输到B 点所用时间为t ，求光导纤维所用材料的折射率n .(已知光在真空中的传播速度为c )图5答案 ct s解析 设光导纤维所用材料的折射率为n ，则有sin α＝sin C ＝1n ，n ＝c v ，t ＝ssin αv ＝s v sin α由以上三式解得t ＝s c n ·1n ＝sn 2c ，所以n ＝ct s.[学科素养] 例3这道题是全反射知识的应用，注意挖掘题目中隐含条件，“恰好”暗含的条件是入射角等于临界角．本题意在考查学生灵活运用相关知识解决实际问题的能力，体现了“科学思维”的学科素养．四、全反射的应用解决全反射问题的思路(1)确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质．(2)若光由介质进入空气(真空)时，则根据sin C＝1n确定临界角，看是否发生全反射．(3)根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”．(4)运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理、运算及变换并进行动态分析或定量计算．例4一厚度为h的玻璃板水平放置，其下表面贴有一半径为r 的圆形发光面．在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上．已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求玻璃板的折射率．答案1＋hR－r2解析如图所示，从圆形发光面边缘的A点发出的一条光线射到玻璃板上表面A′点恰好发生全反射，则有sin C ＝1n ，又由几何关系：sin C ＝LL 2＋h 2其中L ＝R －r联立以上各式解得n ＝L 2＋h 2L ＝1＋hR －r 2.1.(对全反射的理解)(多选)如图6所示，半圆形玻璃砖放在空气中，三条同一颜色、强度相同的光线，均由空气沿半圆半径方向射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置．下列说法正确的是( )图6A ．假若三条光线中只有一条在O 点发生了全反射，那一定是aO 光线B ．假若光线bO 能发生全反射，那么光线cO 一定能发生全反射C ．假若光线bO 能发生全反射，那么光线aO 一定能发生全反射D ．假若光线aO 恰能发生全反射，那么光线bO 的反射光线比光线cO 的反射光线的亮度大答案 ACD解析 在玻璃砖直径界面，光线aO 的入射角最大，光线cO 的入射角最小，它们都是从光密介质射向光疏介质，都有发生全反射的可能．假若只有一条光线发生了全反射，那一定是aO 光线，因为它的入射角最大，所以选项A 对；假若光线bO 能发生全反射，说明它的入射角等于或大于临界角，光线aO 的入射角更大，所以光线aO 一定能发生全反射，光线cO 的入射角可能大于或等于临界角，也可能小于临界角，因此光线cO 不一定能发生全反射，所以选项B错，C对；假若光线aO恰能发生全反射，则光线bO和光线cO都不能发生全反射，但光线bO的入射角更接近于临界角，所以光线bO的反射光线比光线cO的反射光线强，即光线bO的反射光线亮度较大，所以D对．2．(全反射棱镜)如图所示是光线由空气进入全反射玻璃棱镜、再由棱镜射入空气的光路图．可以发生的是( )答案A解析光线垂直射入棱镜，方向不变，射到棱镜斜面上时，入射角大于棱镜的临界角(大约42°)而发生全反射，由于入射角为45°，则反射角等于45°，反射光线再垂直射出棱镜，故A光路可以发生，B、C、D不可以，故A正确，B、C、D错误．3．(光导纤维)华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理学奖，他被誉为“光纤通信之父”．光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图7所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播．下列关于光导纤维的说法中正确的是( )图7A．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B．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C．波长越短的光在光纤中传播的速度越大D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大答案 B解析 当内芯的折射率比外套的大时，光传播时在内芯与外套的界面上才能发生全反射，A 错误，B 正确；波长越短的光，频率越大，介质对它的折射率n 越大，根据公式v ＝c n，光在光纤中传播的速度越小，C 、D 错误．4．(全反射的应用)打磨某剖面如图8所示的宝石时，必须将OP 、OQ 边与轴线的夹角θ切磨在θ1＜θ＜θ2的范围内，才能使从MN 边垂直入射的光线，在OP 边和OQ 边都发生全反射(仅考虑如图所示的光线第一次射到OP 边并反射到OQ 后射向MN 边的情况)，则下列判断正确的是( )图8A ．若θ＞θ2，光线一定在OP 边发生全反射B ．若θ＞θ2，光线会从OQ 边射出C ．若θ＜θ1，光线会从OP 边射出D ．若θ＜θ1，光线会在OP 边发生全反射答案 D解析 由全反射的临界角满足sin C ＝1n，则入射角满足i ≥C 时发生全反射，作出光路，当θ＞θ2时，根据几何关系可知光线在OP 边上的入射角较小，光线将从OP 边射出，A 、B 错误；同理，当θ＜θ1时，光线在OP 边上的入射角较大，大于临界角，光线将在OP 边发生全反射，C 错误，D 正确．一、选择题考点一对全反射的理解1．关于全反射，下列叙述中正确的是( )A．发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非常弱B．光从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象C．光从光密介质射向光疏介质时，可能不发生全反射现象D．光从光疏介质射向光密介质时，可能发生全反射现象答案C解析发生全反射时折射光线消失，所以选项A错误；发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角，二者缺一不可，所以选项B、D错误，选项C正确．2．(多选)(2018·天台高二检测)以下现象中是由于光的全反射形成的是( )A．将空玻璃试管插入水中看上去比充满水的试管要亮得多B．夜晚，湖面上映出了岸上的彩灯C．夏天，海面上出现的海市蜃楼D．在炎热的夏天，向远处的柏油马路看去，路面特别明亮光滑，像用水淋过一样答案ACD3．如图1是在高山湖泊边拍摄的一张风景照片，湖水清澈见底，近处湖面水下的景物(石块、砂砾等)都看得很清楚，而远处则只看到对岸山峰和天空彩虹的倒影，水面下的景物则根本看不到．下列说法中正确的是( )图1A．远处山峰的倒影非常清晰，是因为山峰的光线在水面上发生了全反射B．光线由水射入空气，光的波速变大，波长变短C．远处水面下景物的光线射到水面处，入射角很大，可能发生了全反射，所以看不见D．近处水面下景物的光线射到水面处，入射角较小，反射光强而折射光弱，因此有较多的能量射出水面而进入人眼睛中答案C解析远处山峰的倒影非常清晰，是因为山峰的光线在水面上发生了反射，但不是全反射，因为全反射只有光从光密介质射入光疏介质时才可能发生，故A错误；光线由水射入空气，光的波速变大，频率不变，由波速公式v＝λf知波长变长，故B错误；远处水面下景物的光线射到水面处，入射角很大，当入射角大于或等于全反射临界角时能发生全反射，光线不能射出水面，因而看不见，故C 正确；近处水面下景物的光线射到水面处，入射角越小，反射光越弱而折射光越强，故D错误．4.(多选)夏天，海面上的下层空气的温度比上层低．我们设想海面上的空气是由折射率不同的许多水平气层组成的，远处的景物发出的光线由于不断被折射，越来越偏离原来的方向，以至发生全反射．人们逆着光线看去就出现了蜃景，如图2所示，下列说法中正确的是( )图2A．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要小B．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要大C．A是蜃景，B是景物D．B是蜃景，A是景物答案AC解析由题意，夏天海面上的下层空气的温度比上层低，下层空气的密度比上层大，折射率也比上层大，故A正确，B错误；我们可以把海面上的空气看作是由折射率不同的许多水平气层组成的．远处的景物发出的光线射向空中时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入上层的入射角不断增大，以致发生全反射，光线反射回地面，人们逆着光线看去，就会看到远方的景物悬在空中，而产生了“海市蜃楼”现象．可见，题图中A是全反射形成的蜃景，B 是景物，故C正确，D错误．5．一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖横截面的圆心，下图中能正确描述其光路的是( )答案A解析光从空气进入玻璃砖在分界面上会发生折射，且折射角小于入射角，故B、D错误；光从玻璃砖进入空气，折射角应大于入射角，所以C错误；若满足入射角大于或等于临界角的情况，则会发生全反射，故A正确．6.(多选)(2018·牌头中学期中)两束平行的光斜射到平行玻璃砖，经玻璃砖折射后如图3所示，则关于这两束光的说法中正确的是( )图3A．A光的折射率比B光的折射率小B．从玻璃砖下表面射出的两束光可能不平行C．A光在水中的传播速度比B光在水中的传播速度小D．增大A光在上界面的入射角，则进入玻璃砖的光线在下界面不可能发生全反射答案CD考点二全反射的应用7.自行车上的红色尾灯不仅是装饰品，也是夜间骑车的安全指示灯，它能把来自后面的光线反射回去．某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角棱镜(折射率n>2)组成，棱镜的横截面如图4所示．一平行于横截面的光线从O点垂直AB边射入棱镜，先后经过AC边和CB边反射后，从AB边的O′点射出，则出射光线是( )图4A ．平行于AC 边的光线①B ．平行于入射光线的光线②C ．平行于CB 边的光线③D ．平行于AB 边的光线④答案 B解析 因为折射率n >2，该棱镜为全反射棱镜，入射光线在AC 边和CB 边经过两次全反射，方向改变180°，出射光线为②.选项B 正确．8.(2018·舟山高二检测)为了表演“隐形的大头针”节目，某同学在半径为r 的圆形软木片中心垂直插入一枚大头针，并将其放入盛有水的水槽中(大头针朝下)，如图5所示．已知水的折射率为43，为了保证表演成功(在水面上看不到大头针)，大头针末端离水面的最大距离h 为( )图5 A.73r B.43r C.34r D.377r 答案 A解析 如图所示，只要从大头针末端发出的光线射到圆形软木片边缘界面处能够发生全反射，就从水面上看不到大头针，根据几何关系有sin C ＝r r 2＋h 2＝1n ＝34，所以h ＝73r ，A 正确． 9．(2018·金华十校高二上学期期末联考)如图6所示是一个柱体棱镜的横截面图，图中MN 为14圆弧，点E 、F 、G 、H 将半径OM 分成5等份，虚线EE 1、FF 1、GG 1、HH 1平行于半径ON ，ON 边可吸收到达其上的所有光．已知该棱镜的折射率n ＝53，若平行光束垂直入射并覆盖OM ，则光线能从棱镜NM 射出的范围是( )图6A ．NE 1B ．NF 1C ．NG 1D ．NH 1答案 C解析 由临界角公式得到sin C ＝1n ＝35. 设14圆弧的半径为R ，则R sin C ＝35R .由题可知，当光线从G 点入射到圆弧面G 1点时，恰好发生全反射．当入射点在G 1的右侧时，入射角大于临界角，将发生全反射，光线将不能从圆弧射出．当入射点在G 1的左侧时，入射角小于临界角，不发生全反射，光线将从圆弧面射出，所以光线只能从圆弧NG 1范围内射出．故选C.二、非选择题10．(2017·杭州第二中学期中)一玻璃立方体中心有一点状光源．今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜，以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体．已知该玻璃的折射率为2，求镀膜的面积与立方体表面积之比的最小值．答案 π4解析 如图，考虑从玻璃立方体中心O 点发出的一条光线，假设它斜射到玻璃立方体上表面发生折射，根据折射定律有n sin θ＝sin α，式中，n 是玻璃的折射率，入射角等于θ，α是折射角；现假设A 点是上表面面积最小的不透明薄膜边缘上的一点．由题意，在A 点刚好发生全反射，故αA ＝π2，则sin θA ＝1n ＝22.设线段OA 在立方体上表面的投影长为R A ，由几何关系有sin θA ＝R AR A 2＋⎝ ⎛⎭⎪⎫a 22，式中a 为玻璃立方体的棱长，联立解得R A ＝a2.由题意，上表面所镀的面积最小的不透明薄膜应是半径为R A 的圆．所求的镀膜面积S ′与玻璃立方体的表面积S 之比为S ′S ＝6πR A 26a 2＝π4. 11.图7为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图，玻璃丝长为L ，折射率为n ，AB 代表端面．已知光在真空中的传播速度为c .图7(1)为使光线能从玻璃丝的AB 端面传播到另一端面，求光线在端面AB 上的入射角i 应满足的条件；(2)求光线从玻璃丝的AB 端面传播到另一端面所需的最长时间．答案 (1)sin i ≤n 2－1 (2)n 2L c解析 (1)设光线在AB 端面上C 点的折射角为r ，光路图如图所示由折射定律有sin i ＝n sin r ①设该光线射向玻璃丝内壁D 点的入射角为α，为了使该光线可在此光导纤维中传播，应有α≥C ②式中C 是光线在玻璃丝内发生全反射的临界角，它满足n sin C ＝1③ 由几何关系得α＋r ＝90°④由①②③④得sin i ≤n 2－1⑤ (2)光在玻璃丝中传播速度的大小为v ＝c n⑥ 光速在玻璃丝轴线上的分量为v x ＝v sin α⑦光线从玻璃丝端面AB 传播到其另一端面所需时间为t ＝L v x⑧ 光线在玻璃丝中传播，在刚好发生全反射时，光线从端面AB 传播到其另一端面所需的时间最长，此时sin α＝1n⑨ 由⑥⑦⑧⑨得t max ＝n 2L c. 12.如图8，一半径为R 的玻璃半球，O 点是半球的球心，虚线OO ′表示光轴(过球心O 与半球底面垂直的直线)．已知玻璃的折射率为1.5.现有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)．求：图8(1)从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值；(2)距光轴R 3的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O 点的距离． 答案 (1)23R (2)2.74R 解析 (1)如图甲，从底面上A 处射入的光线，在球面上发生折射时的入射角为i ，当i 等于全反射临界角C 时，对应入射光线到光轴的距离最大，设最大距离OA 为l .i ＝C ①设n 是玻璃的折射率，由全反射临界角的定义有 n sin C ＝1②由几何关系有sin i ＝l R③ 联立①②③式并利用题给条件，得l ＝23R ④ (2)如图乙，设与光轴相距R 3的入射光线在球面B 点发生折射时的入射角和折射角分别为i 1和r 1，由折射定律有n sin i 1＝sin r 1⑤设折射光线与光轴的交点为D ，在△OBD 中，由正弦定理有sin∠BDO R＝sin 180°－r 1OD ⑥由几何关系有∠BDO ＝r 1－i 1⑦sin i 1＝13⑧ 联立⑤⑥⑦⑧式及题给条件得322＋35R≈2.74R.OD＝。
2024-2025学年高中物理第十三章光7全反射教案3新人教版选修3-4
5.辅助材料：教材、教案、PPT课件、练习题、实验报告模板等，为学生提供丰富的学习资料和实践机会。
教学流程
（一）课前准备（预计用时：5分钟）
学生预习：
发放预习材料，引导学生提前了解全反射的概念、发生条件及应用等内容，标记出有疑问或不懂的地方。
解答：首先，我们需要计算入射角。根据折射定律，入射角i可以通过以下公式计算：
i = arcsin(n2/n1)
其中，n1是空气的折射率，n2是水的折射率。由于空气的折射率接近1，水的折射率约为1.33，所以入射角i约为：
i = arcsin(1.33/1) ≈ 48.7°
接着，根据反射定律，反射角r与入射角i相同，所以反射角r也为48.7°。
课堂
1.提问评价：在课堂上，我通过提问的方式了解学生的学习情况。例如，我提出关于全反射的概念、发生条件、应用等问题，让学生回答。通过他们的回答，我可以了解他们对全反射知识点的掌握程度。对于回答正确的学生，我给予肯定和鼓励；对于回答错误的学生，我及时给予指导和纠正，帮助他们理解和掌握全反射的知识。
2.观察评价：在课堂上，我通过观察学生的反应和学习态度来了解他们的学习情况。例如，我注意观察学生是否积极参与课堂讨论和实验，是否认真听讲和做笔记。通过观察，我可以了解他们对全反射的兴趣和参与度，以及他们的学习态度和努力程度。对于表现出积极学习态度和参与度的学生，我给予肯定和鼓励；对于表现出不积极的学生，我及时给予指导和激励，帮助他们提高学习兴趣和参与度。
肯定学生的表现，鼓励他们继续努力。
布置作业：
根据本节课学习的全反射内容，布置适量的课后作业，巩固学习效果。
高中物理 第十三章 光 1 光的反射和折射教案 新人教版选修3-4-新人教版高中选修3-4物理教案
1 光的反射和折射1．光的反射(1)反射现象：光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质的现象．(2)反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角． (3)在光的反射现象中，光路是可逆的． 2．光的折射(1)折射现象：光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光会进入第2种介质的现象．(2)折射定律(如图1所示)图1折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即sin θ1sin θ2＝n 12(式中n 12是比例常数)．(3)在光的折射现象中，光路是可逆的． 二、折射率 1．定义光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率．即n ＝sin θ1sin θ2.2．折射率与光速的关系某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c 与光在这种介质中的传播速度v 之比，即n ＝c v.3．理解由于c ＞v ，故任何介质的折射率n 都大于(填“大于”“小于”或“等于”)1. 1．判断下列说法的正误．(1)光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一定发生变化．( × ) (2)入射角增大为原来的2倍，折射角和反射角也都增大为原来的2倍．( × ) (3)介质的折射率越大，光在这种介质中传播速度越快．( × )(4)由折射率的定义式n ＝sin θ1sin θ2得出，介质的折射率与入射角θ1的正弦成正比，与折射角θ2的正弦成反比．( × )2.一束光从真空进入某介质，方向如图2所示，则该介质的折射率为________，若光在真空中的传播速度为c ，则光在该介质中的传播速度为________．图2答案222c 一、反射定律和折射定律在岸上往平静的水面观察，我们既可以看见水中的鱼，又可以看见岸上树的倒影． (1)这两种现象产生的原因相同吗？(2)有经验的渔民叉鱼时，不是正对着看到的鱼去叉，而是对着所看到鱼的下方叉，这是为什么？答案 (1)不相同．看见水中的鱼是光的折射现象，看见岸上树的倒影是光的反射现象． (2)从鱼上反射的光线由水中进入空气时，在水面上发生折射，折射角大于入射角，折射光线进入人眼，人眼会逆着折射光线的方向看去，就会觉得鱼变浅了，所以叉鱼时要对着所看到的鱼的下方叉．1．光的传播方向：当光从一种介质垂直进入另一种介质时，传播方向不变；斜射时，传播方向改变．2．光的传播速度：光从一种介质进入另一种介质时，传播速度一定发生变化． 当光垂直界面入射时，光的传播方向虽然不变，但光传播的速度发生变化．3．入射角与折射角的大小关系：当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时，入射角大于折射角，当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时，入射角小于折射角． 4．反射定律和折射定律应用的步骤 (1)根据题意画出光路图．(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、反射角、折射角均是光线与法线的夹角．(3)利用反射定律、折射定律及几何规律列方程求解．例1 光线以60°的入射角从空气射入玻璃中，折射光线与反射光线恰好垂直．(真空中的光速c ＝3.0×108m/s) (1)画出折射光路图；(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度； (3)当入射角变为45°时，折射角的正弦值为多大？ (4)当入射角增大或减小时，玻璃的折射率是否变化？ 答案 (1)见解析图 (2) 3 3×108m/s(3)66(4)不变 解析 (1)光路图如图所示，其中AO 为入射光线，OB 为折射光线. (2)由题意，n ＝sin θ1sin θ2，又θ1＝60°，θ1＋θ2＝90°，得n ＝ 3.设玻璃中光速为v ，由n ＝c v得v ＝3×108m/s.(3)当入射角为45°时，介质折射率不变，由n ＝sin θ1′sin θ2′，得sin θ2′＝sin θ1′n ＝sin45°3＝66.(4)不变化，因为折射率是由介质和入射光频率共同决定的物理量，与入射角的大小无关． 例2 如图3所示为某种透明介质的截面图，△AOC 为等腰直角三角形，BC 为半径R ＝12cm 的四分之一圆弧，AB 与水平屏幕MN 垂直并接触于A 点．一束红光射向圆心O ，在AB 分界面上的入射角i ＝45°，结果在水平屏幕MN 上出现两个亮斑．已知该介质对红光的折射率为n ＝233，求两个亮斑与A 点间的距离分别为多少．图3答案 见解析解析 光路图如图所示，设折射光斑为P 1，折射角为r ， 根据折射定律得n ＝sin rsin i，可得sin r ＝63. 由几何关系可得：tan r ＝R AP 1， 解得AP 1＝62cm ，设反射光斑为P 2，由几何知识可得△OAP 2为等腰直角三角形，故AP 2＝12cm. 提示：入射角、折射角、反射角均以法线为标准确定，注意法线与界面的区别． 二、折射率如表所示是在探究光由真空射入某种透明介质发生折射的规律时得到的实验数据．请在表格基础上思考以下问题：(1)(2)当入射角与折射角发生变化时，有没有保持不变的量(误差允许范围内)? 答案 (1)折射角增大．(2)入射角的正弦值和折射角的正弦值之比保持不变． 1．对折射率的理解 (1)折射率n ＝sin θ1sin θ2，θ1为真空中的光线与法线的夹角，不一定为入射角；而θ2为介质中的光线与法线的夹角，也不一定为折射角．(2)折射率n 是反映介质光学性质的物理量，它的大小由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关，与介质的密度没有必然联系．2．折射率与光速的关系：n ＝cv(1)光在介质中的传播速度v 跟介质的折射率n 有关，由于光在真空中的传播速度c 大于光在任何其他介质中的传播速度v ，所以任何介质的折射率n 都大于1. (2)某种介质的折射率越大，光在该介质中的传播速度越小．例3 一束单色光由空气进入水中，则该光在空气和水中传播时( ) A ．速度相同，波长相同 B ．速度不同，波长相同 C ．速度相同，频率相同 D ．速度不同，频率相同答案 D解析 同一单色光在不同的介质内传播过程中，光的频率不会发生改变；水的折射率大于空气的折射率，由公式v ＝c n可以判断，该单色光进入水中后传播速度减小，又v ＝λf ，该单色光进入水中后波长变短，故选项D 正确．例4 如图4，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“·”(图中O 点)，然后用横截面为等边三角形ABC 的三棱镜压在这个标记上，小标记位于AC 边上．D 位于AB 边上，过D 点作AC 边的垂线交AC 于F .该同学在D 点正上方向下顺着直线DF 的方向观察，恰好可以看到小标记的像；过O 点作AB 边的垂线交直线DF 于E ；DE ＝2cm ，EF ＝1cm.求三棱镜的折射率．(不考虑光线在三棱镜中的反射)图4答案3解析 过D 点作AB 边的法线NN ′，连接OD ，则∠ODN ＝α为O 点发出的光线在D 点的入射角；设该光线在D 点的折射角为β，如图所示．根据折射定律有n ＝sin βsin α①式中n 为三棱镜的折射率 由几何关系可知β＝60°②∠EOF ＝30°③ 在△OEF 中有EF ＝OE sin∠EOF ④由③④式和题给条件得OE ＝2cm⑤根据题给条件可知，△OED 为等腰三角形，有α＝30°⑥由①②⑥式得n ＝ 3.[学科素养] 例4这道高考题考查了折射定律、作图能力、光在三棱镜中的传播问题及相关的知识点．通过解题，学生回顾了折射定律，锻炼了作图能力，让物理概念和规律在头脑中得到提炼和升华，体现了“物理观念”“科学思维”等学科素养．针对训练 两束平行的细激光束垂直于半圆柱玻璃的平面射到半圆柱玻璃上，如图5所示．已知其中一束光沿直线穿过玻璃，它的入射点是O ，另一束光的入射点为A ，穿过玻璃后两条光线交于P 点．已知玻璃半圆截面的半径为R ，OA ＝R2，OP ＝3R .求玻璃材料的折射率．图5答案3解析 画出光路图如图所示．其中一束光沿直线穿过玻璃，可知O 点为圆心．另一束光从A 点沿直线进入玻璃，设在半圆面上的入射点为B ，入射角为θ1，折射角为θ2，由几何关系可得：sin θ1＝OA OB ＝12，解得：θ1＝30°.由几何关系可知：BP ＝R ，折射角为：θ2＝60°.由折射定律得玻璃材料的折射率为：n ＝sin θ2sin θ1＝sin60°sin30°＝ 3. 1．(光的折射现象)(多选)(2017·苍南高二检测)根据图6中的漫画，判断下列说法中正确的是( )图6A ．人看到的是鱼的实像，位置变浅了些B ．人看到的是鱼的虚像，位置变浅了些C ．鱼看到的是人的实像，位置偏低了些D ．鱼看到的是人的虚像，位置偏高了些 答案 BD解析 人看到的是鱼发出的光线经过水面折射后进入人眼，射入人眼的光线的反向延长线相交后形成的虚像，光线从水射向空气中时，折射角大于入射角，作出从鱼S 1发出的两条光线，将折射光线反向延长，得到的交点为人所看到的鱼的虚像S 1′，如图所示，可以看出虚像的位置变浅了，B 正确，A 错误；同理，鱼看到的是人发出的光线经过水面折射形成的虚像，根据光路可逆原理，鱼看到人的虚像的位置偏高了，D 正确，C 错误． 2．(折射率的理解)(多选)关于折射率，下列说法正确的是( ) A ．根据sin θ1sin θ2＝n 12可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比B ．根据sin θ1sin θ2＝n 12可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比C ．根据n ＝cv可知，介质的折射率与光在该介质中的传播速度成反比D ．同一频率的光由真空进入不同介质中时，折射率与光在介质中的波长成反比 答案 CD解析 介质的折射率是一个反映介质光学性质的物理量，由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角无关，故选项A 、B 均错误；由于真空中的光速c 是定值，故折射率n 与传播速度v 成反比，选项C 正确；由于v ＝λf ，当频率f 一定时，速度v 与波长λ成正比，又折射率n 与速度v 成反比，故折射率n 与波长λ也成反比，选项D 正确．3．(折射定律的应用)(多选)(2018·台州上学期期末)如图7所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从空气射向柱体的O 点(半圆的圆心)，产生反射光束1和透射光束2.已知玻璃折射率为3，入射角为45°.现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O 点垂直于图面的轴线顺时针转过15°，如图中虚线所示，则( )图7A ．光束1转过15°B ．光束1转过30°C ．光束2转过的角度小于15°D ．光束2转过的角度大于15° 答案 BC4．(折射率的计算)如图8所示为直角三棱镜的截面图，一条光线平行于BC 边入射，经棱镜折射后从AC 边射出．已知∠A ＝θ＝60°，光在真空中的传播速度为c .求：图8(1)该棱镜材料的折射率； (2)光在棱镜中的传播速度．答案 (1) 3 (2)33c 解析 (1)作出完整的光路如图所示． 根据几何关系可知φ＝∠B ＝30°， 所以α＝60°.根据折射定律有n ＝sin αsin β＝sin θsin γ，又因为α＝θ＝60°，所以β＝γ. 又β＋γ＝60°，故β＝γ＝30°. 则n ＝sin60°sin30°＝ 3.(2)光在棱镜中的传播速度v ＝cn ＝33c . 一、选择题考点一 光的反射现象和折射现象1．(2018·海宁检测)假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比( ) A ．将提前 B ．将延后C ．在某些地区将提前，在另一些地区将延后D ．不变 答案 B解析 如图所示，假设地球表面不存在大气层，则地球上M 处的人只能等到太阳运动到S 处才看见日出，而地球表面存在大气层时，太阳运动到S ′处，阳光经大气层折射后射到M 点，故M 处的人在太阳运动到S ′处就能看见日出，不存在大气层时观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比将延后，B 正确．2.如图1所示是一束光从空气射向某介质在界面上发生反射和折射现象的光路图，下列判断中正确的是( )图1A ．AO 是入射光线，OB 为反射光线，OC 为折射光线 B ．BO 是入射光线，OC 为反射光线，OA 为折射光线 C ．CO 是入射光线，OB 为反射光线，OA 为折射光线D ．条件不足，无法确定 答案 C解析 法线与界面垂直，根据反射角等于入射角，折射光线和入射光线位于法线两侧，可知CO 为入射光线，OB 为反射光线，OA 为折射光线．故C 正确．3．如图2所示，井口大小和深度均相同的两口井，一口是枯井(图甲)，一口是水井(图乙，水面在井口之下)，两井底部各有一只青蛙，则( )图2A ．水井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星B ．枯井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星C ．水井中的青蛙觉得井口小些，晴天的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星D ．两只青蛙觉得井口一样大，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星 答案 B解析 由于井口边沿的约束，而不能看到更大的范围，据此作出边界光线如图所示． 由图可看出α＞γ，所以枯井中的青蛙觉得井口大些；β＞α，所以水井中的青蛙可看到更多的星星，故选项B 正确，A 、C 、D 错误．4．(多选)(2018·桐庐高二检测)如图3所示，把由同种材料(玻璃)制成的厚度为d 的立方体A 和半径为d 的半球体B 分别放在报纸上，从正上方(对B 来说是最高点)竖直向下分别观察A 、B 中心处报纸上的字，下列说法正确的是( )图3A ．看到A 中的字比B 中的字高 B ．看到B 中的字比A 中的字高C ．看到A 、B 中的字一样高D ．A 中的字比没有玻璃时的高，B 中的字和没有玻璃时一样高 答案 AD解析 如图所示，B 中心处的字反射的光线经半球体向外传播时，传播方向不变，故人看到字的位置是字的真实位置．而放在A 中心处的字经折射，人看到的位置比真实位置要高，A 、D 正确．考点二 折射率及折射定律5．(多选)光从空气斜射进入介质中，比值sin θ1sin θ2＝常数，这个常数( )A ．与介质有关B ．与折射角的大小无关C ．与入射角的大小无关D ．与入射角的正弦成正比，与折射角的正弦成反比 答案 ABC解析 介质的折射率与介质和入射光的频率有关，与入射角、折射角的大小均无关，选项A 、B 、C 正确，D 错误．6.(2018·嘉兴一中高二期中)如图4所示，一束光线通过一水平界面从某介质射入真空，已知入射光线与界面的夹角为60°，折射光线与界面的夹角为45°，则该介质的折射率为( )图4A.62B.63C.2D.22答案 C7.(2018·嘉兴高级中学高二第二学期期中)如图5所示，玻璃棱镜的截面为等腰三角形，顶角a 为30°.一束光线垂直于ab 面射入棱镜，又从ac 面射出．出射光线与入射光线之间的夹角为30°，则此棱镜材料的折射率是( )图5A.32B.32C.33D. 3 答案 D解析 光线在ac 界面上发生折射，入射角为30°，折射角为60°，根据光的折射定律可知：n ＝sin60°sin30°＝3，故选D.8.(多选)两束不同频率的单色光a 、b 从空气平行射入水中，发生了如图6所示的折射现象(α>β)．下列结论中正确的是( )图6A ．在水中的传播速度，光束a 比光束b 大B ．在水中的传播速度，光束a 比光束b 小C ．水对光束a 的折射率比水对光束b 的折射率小D ．水对光束a 的折射率比水对光束b 的折射率大 答案 AC解析 由公式n ＝sin θ1sin θ2，可得折射率n a <n b ，C 正确，D 错误；由v ＝c n，n a <n b 知v a >v b ，A 正确，B 错误．9.如图7所示，直角三棱镜ABC 的一个侧面BC 紧贴在平面镜上，∠BAC ＝β.从点光源S 发出的细光束SO 射到棱镜的另一侧面AC 上，适当调整入射光SO 的方向，当SO 与AC 成α角时，其折射光与镜面发生一次反射，从AC 面射出后恰好与SO 重合，则此棱镜的折射率为( )图7A.cos αcos βB.cos αsin βC.sin αcos βD.sin αsin β答案 A解析 由题意可知，细光束SO 经AC 面折射后，折射光线垂直于BC ，经平面镜反射后，从AC 面射出来，则恰好与SO 重合，故此棱镜的折射率n ＝sin (90°－α)sin (90°－β)＝cos αcos β. 10.现代高速公路上的标志牌都使用“回归反光膜”制成，夜间行车时，它能把车灯射出的光逆向反射，使标志牌上的字特别醒目．这种“回归反光膜”是用球体反射元件制成的，如图8所示，反光膜内均匀分布着直径为10μm 的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为3，为使入射的车灯光线经玻璃珠折射→反射→再折射后恰好和入射光线平行，那么第一次入射的入射角应是( )图8A ．15°B．30°C．45°D．60°答案 D解析 已知入射光线和出射光线平行，所以光在三个界面上改变了传播方向，光线在玻璃珠的内表面反射时具有对称性，由此可作出光路图如图所示．由几何关系可知i ＝2r ①根据折射定律有n ＝sin i sin r ＝3② 由①②可得i ＝60°.二、非选择题11.如图9所示是一个透明圆柱体的横截面，其半径为R ，折射率是3，AB 是一条直径．今有一束光，平行AB 方向射向圆柱体．若有一条入射光线经折射后恰好经过B 点．图9(1)请用直尺画出该入射光线经折射后到B 点的光路图；(2)求这条入射光线到AB 的距离．答案 (1)见解析图 (2)32R 解析 (1)光路图如图所示．(2)设入射角为α，折射角为β，根据折射定律有n ＝sin αsin β＝3， 由几何关系2β＝α，可得β＝30°，α＝60°，所以CD ＝R sin α＝32R . 12.如图10所示，△ABC 为直角三角形棱镜的横截面，∠ABC ＝30°.有一细光束MN 射到AC 面上，且MN 与AC 面的夹角也为30°，该光束从N 点进入棱镜后再经BC 面反射，最终从AB 面上的O 点射出，其出射光线OP 与BC 面平行．图10(1)作出棱镜内部的光路图(不必写出作图过程)；(2)求出此棱镜的折射率．答案 (1)见解析图 (2) 3解析 (1)光路图如图所示：(2)根据折射定律n ＝sin θ1sin θ2 n ＝sin θ4sin θ3因为θ1＝θ4＝60°，所以θ3＝θ2.又由几何关系知2θ3＝60°，所以θ3＝30°.n ＝sin θ4sin θ3＝sin60°sin30°＝ 3. 13.如图11，一玻璃工件的上半部是半径为R 的半球体，O 点为球心；下半部是半径为R 、高为2R 的圆柱体，圆柱体底面镀有反射膜．有一平行于中心轴OC 的光线从半球面射入，该光线与OC 之间的距离为0.6R .已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射)．求该玻璃的折射率．图11答案 1.43解析 如图，根据光路的对称性和可逆性可知，与入射光线相对于OC 轴对称的出射光线一定与入射光线平行．故从半球面射入的折射光线，将从圆柱体底面中心C 点反射．设光线在半球面的入射角为i ，折射角为r .由折射定律有sin i ＝n sin r ①由几何关系，入射点的法线与OC 的夹角为i .由正弦定理有sin r 2R ＝sin (i －r )R② 由题设条件和几何关系有sin i ＝L R ③式中L 是入射光线与OC 间的距离，L ＝0.6R .由②③式和题给数据得sin r ＝6205④ 由①③④式和题给数据得 n ＝ 2.05≈1.43.。
高中物理 第十三章 光 第2节 全反射教案 新人教版选修3-4-新人教版高二选修3-4物理教案
13.2全反射物理核心素养主要由“物理观念〞“科学思维〞“科学探究〞“科学态度与责任〞四个方面构成。
教学目标〔一〕物理观念观察激光在水中的全反射现象1、让光线透过杯壁射入水中2、用木杆作为接收屏，改变入射角度 观察全反射现象分组实验2：玻璃砖中的全反射1、引导学生认识仪器2、明确实验目的3、讲解实验原理4、总结实验过程光密介质和光疏介质1.概念：两种介质比较，折射率大的介质是光密介质，折射率较小的介质是光疏介质。
观察下表中给出的8中不同的介质，请大家思考，哪一种是光疏介质？哪一种是光密介质？你判断光疏介质与光密介质的依据是什么？8中不同介质的折射率2.理解〔1〕光密介质与光疏介质是相对而言的；〔2〕判断光密介质与光疏介质的依据是介质的折射率与其他因素无关；设问：我们知道介质的折射率反映了光在介质中运动速度的快慢，请问大家光在光密介质中运动的快，还是在光疏介质中运动的快？ vc n ，n 小，v 大；n 大，v 小。
〔3〕折射率的大小反映了光在介质中传播的速度大小。
折射率大的介质就是光在其中传播速度小的介质，折射率小的介质就是光在其中传播速度大的介质。
设问：有了光密介质和光疏介质的概念，我们如何定义全反射呢？二、全反射1、实验现象2、全反射定义当光从光密介质射入光疏介质时，如果入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光的光学现象3、全反射条件〔1〕光线从光密介质射入光疏介质〔2〕入射角等于或大于某一角度三、临界角1、定义：折射角等于90度，折射光线刚好消失时的入射角2、计算公式： 1sin C n 再次明确全反射条件：1、从光密到光疏2、入射角等于或大于临界角例题：完成光路图总结反思1、必须用刻度尺作图2、现根据条件计算临界角3、对可知的角度进行标注，并进行必要的计算，以辅助作图四、全反射的应用1、全反射棱镜〔1〕截面为等腰三角形〔2〕光线垂直于一边入射〔3〕在玻璃内部，光线由玻璃射向空气时均发生全反射，无光线出射〔4〕优点：反射率高，失真小介绍应用2、光导纤维〔1〕结构：内芯和外套：内芯折射率更大〔2〕原理：光线在玻璃内部发生全反射，只在玻璃棒内沿着锯齿形路线传播〔3〕应用：①医学领域应用②光纤通信：容量大衰减小抗干扰性强解释引课实验[总结整节课内容][布置作业]。
高中物理13.2光的全反射学案新人教版选修3_4
13.2 全反射学案（人教版选修3-4）1．光从光密介质射入光疏介质时，若入射角增大到某一角度，________光线就会完全消失，只剩下________光线的现象叫全反射，这时的____________叫做临界角．2．要发生全发射，必须同时具备两个条件：(1)光从________介质射入________介质，(2)入射角____________________临界角．3．光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是________________________________________________________________________．4．光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径从几微米到一百微米之间，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的折射率____．光传播时在内芯与外套的界面上发生___．5．在水底的潜水员看来，水面上方的所有景物只出现在顶角为97°的倒立圆锥里，这是因为( )A．水面上远处的景物反射的阳光都因为全反射而不能进入水中B．水面上远处的景物反射的阳光折射进入水中，其折射角不可能大于48.5°C．水面上方倒立圆锥之外的景物反射的阳光都因为全反射的原因不可能进入水中D．水面上方倒立圆锥之外的景物反射的阳光都因为折射的原因不可能进入潜水员的眼中6．全反射是自然界里常见的现象，下列与全反射相关的说法正确的是( )A．光只有从光密介质射向光疏介质时才能发生全反射B．如果条件允许，光从光疏介质射向光密介质时也可能发生全反射C．发生全反射时，折射光线完全消失，反射光的能量几乎等于入射光的能量D．只有在入射角等于临界角时才能发生全反射7．一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45°，下图所示的四个光路图中，正确的是( )概念规律练知识点一发生全反射的条件1．关于全反射，下列说法中正确的是( )A．发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线B．光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射C．光线从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射D．水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生了全反射2．如图1图1所示，半圆形玻璃砖放在空气中，三条同一颜色、强度相同的光线，均由空气射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置．下列说法正确的是( )A．假若三条光线中有一条在O点发生了全反射，那一定是a O光线B．假若光线b O能发生全反射，那么光线c O一定能发生全反射C．假若光线b O能发生全反射，那么光线a O一定能发生全反射D．假若光线a O恰能发生全反射，则光线b O的反射光线比光线c O的反射光线的亮度大知识点二全反射的临界角3．光在某种介质中传播的速度为1.5×108m/s，光从此介质射向空气并发生全反射时的临界角是( )A．15°B．30°C．45°D．60°4．已知介质对某单色光的临界角为C，则( )A．该介质对单色光的折射率等于1sin CB．此单色光在该介质中的传播速度等于c·sin C(c是光在真空中的传播速度) C．此单色光在该介质中的传播波长是在真空中波长的sin C倍D．此单色光在该介质中的频率是在真空中的1sin C倍知识点三光导纤维5．光导纤维的结构如图2所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播．以下关于光导纤维的说法正确的是( )图2A．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B．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射C．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生折射D．内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用方法技巧练应用全反射规律解决实际问题的方法图36．有一折射率为n的长方体玻璃砖ABCD，其周围是空气，如图3所示，当入射光线从它的AB面以入射角α射入时．(1)要使光线在BC面发生全反射，证明入射角应满足的条件是sinα≤n2－1.(BC面足够长)；(2)如果对于任意入射角的光线都能产生全反射，则玻璃砖的折射率应取何值？7．如图4所示是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片，相机的镜头竖直向上．照片中，水立方运动馆的景象呈现在半径r ＝11 cm 的圆形范围内，水面上的运动员手到脚的长度l ＝10 cm .若已知水的折射率为n ＝43，请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深h.(结果保留两位有效数字)图4参考答案课前预习练1．折射 反射 入射角2．光密 光疏 大于或等于3．sin C ＝1n4．大 全反射5．B [水面上方的所有景物出现在顶角为97°的倒立圆锥里，这是由于水的临界角为48.5°，光由空中射入水中时，最大折射角为48.5°，不能发生全反射；当光由水中射向空中时有可能发生全反射现象，故B 正确，A 、C 、D 错．]6．AC7．A [因为sin C ＝1n ＝23，则sin C<sin 45°，故C<45°，所以光线在界面上发生了全反射，A 正确．]课堂探究练1．CD [光从光密介质射向光疏介质时，当入射角增大到某一角度后，折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象叫全反射，故A 、B 错，C 正确；光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生了全反射，即反射光增强，透射光减弱，就使气泡看起来特别亮，D 正确．]点评 发生全反射的条件：①光从光密介质射向光疏介质；②入射角大于或等于临界角．2．ACD [三条入射光线沿着指向圆心的方向由空气射向玻璃砖，在圆周界面，它们的入射角为零，均不会偏折．在直径界面，光线aO 的入射角最大，光线cO 的入射角最小，它们都是从光密介质射向光疏介质，都有发生全反射的可能．如果只有一条光线发生了全反射，那一定是aO 光线，因为它的入射角最大，所以选项A 对．假若光线bO 能发生全反射，说明它的入射角等于或大于临界角，光线aO 的入射角更大，所以，光线aO 一定能发生全反射，光线cO 的入射角可能大于临界角，也可能小于临界角，因此，cO 光线不一定能发生全反射．所以选项C 对，B 错．假若光线aO 恰能发生全反射，光线bO 和光线cO 都不能发生全反射，但bO 光线的入射角更接近于临界角，所以，光线bO 的反射光线较光线cO 的反射光线强，即光线bO 的反射光线亮度较大，所以D 对，本题答案选A 、C 、D .]点评 当光从光密介质射向光疏介质未发生全反射时，随着入射角的增大，折射光线越来越弱，反射光线越来越强，直到增大到临界角之后，折射光线消失，反射光线达到最强．3．B [因为n ＝c v ＝3.0×108 m /s 1.5×108 m /s ＝2，而且sin C ＝1n ＝12，所以C ＝30°，选B .] 4．ABC [该题考查临界角、折射率以及光速之间的关系．由临界角的计算式sin C ＝1n，得n ＝1sin C ，选项A 正确；将n ＝c v 代入sin C ＝1n ，得sin C ＝v c，故v ＝c sin C ，选项B 正确；设该单色光的频率为f ，在真空中的波长为λ0，在介质中的波长为λ，由波长、频率、光速的关系得c ＝λ0f ，v ＝λf ，故sin C ＝v c ＝λλ0，λ＝λ0sin C ，选项C 正确；该单色光由真空传入介质时，频率不发生变化，选项D 错误．]点评 临界角、光在介质中传播速度v 以及介质的折射率n 之间的关系为sin C ＝1n、n ＝c v. 5．A [光导纤维很细，它的直径只有几微米到一百微米，它由内芯和外套两层组成，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．]6．(1)证明见解析 (2)大于或等于 2解析 (1)要使光线在BC 面发生全反射如图所示，首先应满足sin β ≥1n① 式中β为光线射到BC 面的入射角，由折射定律，有sin αsin 90°－β ＝n ，② 将①②两式联立得sin α≤n 2－1.(2)如果对于任意入射角的光线都能产生全反射，即0°≤α≤90°都能产生全反射，则只有当n 2－1≥1才能满足上述条件，故n≥ 2.7．2.1 m解析设照片圆形区域的实际半径为R ，运动员手到脚的实际长度为L ，由全反射公式得sin α＝1n几何关系sin α＝RR 2＋h 2，R r ＝L l得h ＝n 2－1·L lr 取L ＝2.2 m ，解得h ＝2.1 m (1.6～2.6 m 都算对)方法总结 应用全反射规律解决实际问题的思路：(1)确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质．(2)若光由光密介质进入光疏介质，则根据sin C ＝1n确定临界角，看是否发生全反射． (3)根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”．(4)运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理、运算及变换，进行动态分析或定量计算．。
人教高中物理选修3-4 光的全反射 优质-教学设计
《光的全反射》设计思路：“全反射”是学生在学习光的反射和光的折射定律的基础上研究的一种重要的光现象。
它在日常生活和科学研究方面都有广泛的应用，本节课以实验为主线，通过带有魔术色彩的互动游戏“消失的人民币”引入课题，大大提高了学生参与课堂的参与度；再通过学生分组做实验研究玻璃的全发射，让学生观察、分析，揭示全反射的现象及产生的条件，通过学生间的讨论、设计、动手及合作，使学生对全反射概念的理解更加准确、丰富和全面，明确临界角的计算，光密和光疏介质的区分；然后通过全反射的应用介绍，开拓学生的视野，并解释生活中的自然现象，让学生客观正确的认知未知世界。
学情分析：1.学生学习了光的反射定律，知道光遇到不同介质时要发生反射；2.学习了光的折射定律，折射率；3.知道光由一种介质进入另一种介质时，一般会发生反射和折射。
教学目标：1.知识与技能（1）知道什么是全反射现象、光疏介质和光密介质及相对性；（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；（4）通过实验培养学生的观察能力，归纳出发生全反射的条件，培养学生的观察、归纳能力。
2.过程与方法（1）通过实验设计和动手操作，经历科学探究的过程；（2）通过分组实验，学会科学的实验方法——实验探究法。
3.情感、态度与价值观（1）从对生活中有关物理现象的观察，渗透在探究过程中体验解决问题的成功喜悦，激发学生探索自然规律的兴趣；（2）通过互动实验，培养学生探究科学知识的兴趣和实事求是的科学态度；（3）通过全反射现象应用，培养学生运用科学理论观察分析周围事物习惯。
重点和难点：1.重点：探究全反射现象；理解临界角的概念和全反射条件。
2.难点：全反射在实际中的的运用。
教学方法：情景教学法，实验探究法，演示法，观察法，比较法，归纳法。
教学用具：烧杯、矿泉水、人民币、圆底烧瓶、铁架台、半圆形玻璃砖、激光笔、光的折射全反射实验仪、半圆形塑料薄壁水槽、大水槽、多媒体设备教学模式：情境激趣、导入主题；师生互动、主体探究；归纳应用，解释现象教学环节教学内容教学方式设计意图情境激趣、导入主题互动游戏：消失的人民币教师出示一透明的玻璃杯，拿一张百元大钞，将人民币置于杯底，倒入矿泉水，让学生观察现象，并猜测钱是否存在杯底？提出问题：为什么在侧面看不见人民币呢？教师：真是水蒙蔽了我们的眼睛啊！为什么会有这些现象呢？到底是什么原理呢？带着这两个疑惑我们开始今天的探究之旅。
人教版高中物理教案-全反射
學校：臨清實驗高中學科：物理編寫人：燕敬勇審稿人孔慶生選修3-4第十三章第7節《全反射》一、教材分析《全反射》是高中物理選修3-4的必修內容，這一節是在學生學習了光的反射、光的折射之後編寫的，是反射和折射的交匯點。
本節就從光的折射入手，探討了光發生全反射的條件，以及相關應用。
全反射現象與人們的日常生活以及現代科學技術的發展緊密相關，所以，學習這部分知識有著重要的現實意義。
二、教學目標1．知識目標：（1）理解光密介質、光疏介質的概念及全反射現象；掌握臨界角的概念和全反射條件；瞭解全反射的應用。
（2）培養學生觀察、分析、解決問題的能力。
2．能力目標：（1）用實驗的方法，通過討論、分析過程，用準確的語言歸納全反射現象；培養學生創新精神和實踐能力。
（2）啟發學生積極思維，鍛煉學生的語言表達能力。
3．情感、態度和價值觀目標：（1）培養學生學習物理的興趣，進行科學態度、科學方法教育。
（2）感悟物理學研究中理論與實踐的辨證關係。
三、教學重點難點重點：臨界角的概念及全反射條件難點：全反射現象的應用四、學情分析學生是教學過程中的主體，這個時期的學生學習了物理一、二冊的教材，已經逐步體會出教材的思想，但是大多數學生的抽象思維和空間想像能力還比較低，對物理現象和知識的理解、判斷、分析、和推理常常表現出一定的主觀性、片面性、和表面性，這就要求在教學過程中合理安排、指導和引導學生突出重點、突破難點，提高學生分析、歸納、及抽象思維能力。
五、教學方法1、教學方法採用直觀、感性的實驗和視頻，將演示實驗與多媒體的類比分析有機的結合起來。
課堂上，盡可能多的留給學生參與教學的思維空間。
恰當的設疑，引導學生猜想，再通過演示和多媒體分析，最後得出結論。
學生既實現了從感性知識到理性知識的飛躍，又體會到了“設疑----猜想----實驗----分析----結論”的研究方法2、學案導學：見後面的學案3、新授課教學基本環節：預習檢查、總結疑惑→情境導入、展示目標→合作探究、精講點撥→反思總結、當堂檢測→發導學案、佈置預習六、課前準備1．學生的學習準備：結合學案預習本節內容。
2019-2020年高中物理 主要是全反射的教案设计 新人教版选修3-4
2019-2020年高中物理主要是全反射的教案设计新人教版选修3-4教育改革是时代的要求，是社会发展的需要。
新的中学物理课程标准对物理课程的改革提出了要求。
中学物理课程基本理念是：（1）以学生发展为本，全面提高学生的基本科学素养。
（2）强调科学探究过程，培养创新精神和实践能力。
（3）重视科学──技术──社会的紧密联系，倡导科学精神和人文精神的完美结合。
（4）增加教育的选择性，让所有的学生都受到必需的、有区别的物理教育。
（5）实现学习、训练和评价方式的多元化，增强学生自主学习的能力。
“以学生发展为本”，“强调科学探究过程”的课程理念，体现在课堂上就是学生由原来的“接受式”为主的学习转变为“探究式”为主的学习。
教学既要重视基本知识和基本技能，又要重视知识、技能的形成过程，发展学生的能力。
科学探究的基本过程是：提出问题、设计方案、搜集证据、分析证据、形成结论或假设、验证结论、交流报告、反思等。
一堂课仅40分钟，要完成整个探究过程几乎是不可能的。
这就要求在不同的课堂中，对探究能力目标要有所侧重，在整个教学过程中使学生获得全面的科学探究能力。
同样的学生，不同的教学内容要培养的探究能力目标是不同的；不同的学生、相同的教学内容培养的探究能力目标也会不同。
因此，要探究什么？怎样探究才能“让所有的学生都受到必需的、有区别的物理教育。
”这就需要教师的指导。
教师的指导作用主要有两方面：一是为学生能顺利开展探究性学习创设一定的问题情景，提供相关的资料、信息环境，二是在实施过程中关注教学目标的落实，引导探究、指出误区、把握探究方向，以及排除学生无法自己解决的困难，但不包办代替等。
在探究过程中，最有价值探究的地方是教师发挥指导作用的地方，在此处要让学生的思维得到充分的展开。
这个“最有价值的地方”存在何处？它存在于学生回答问题不完整、不科学之处；存在于学生用不同方式解决同一问题时；存在于学生对课堂内某一事件产生疑惑或露出兴奋的表情时……，这些地方是最容易激发学生的自主性和能动性，真正体现探究性学习的价值处，也是教师知道策略运用是否到位的检验场所。
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13.7 全反射【教学目标】（一）知识与技能1．知道什么是光疏介质，什么是光密介质。
2．理解光的全反射。
3．理解临界角的概念，能判断是否发生全反射，并能解决有关的问题。
4．知道全反射棱镜、光导纤维及其应用。
（二）过程与方法1．会定性画出光疏介质进入光密介质或从光密介质进入光疏介质时的光路图。
2．会判断是否发生全反射并画出相应的光路图。
3．会用全反射解释相关的现象。
4．会计算各种介质的临界角。
（三）情感、态度与价值观体会本节实验中“让入射光正对半圆形玻璃砖中心从曲面入射”是在设计实验时设计者为突出主要矛盾而控制实验条件达到略去次要矛盾的高明做法。
【教学重点】全反射条件，临界角概念及应用。
【教学难点】临界角概念、临界条件时的光路图及解题。
【教学方法】采用实验观察、猜想、印证、归纳的方法得出全反射现象的发生条件、临界角概念等。
【教学用具】光学演示仪（由激光发生器、带量角度的竖直面板、半圆形玻璃砖等组合）【教学过程】（一）引入新课让学生甲到黑板前完成图1及图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。
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。
［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。
图6图7图8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。
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。
图9图10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：sin90sin C=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：sin90sin C =n1sin 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 =n1 （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。
参考答案：64.16°（三）课堂总结、点评本节课我们学习的知识主要有1．光密介质和光疏介质2．光的全反射［CAI课件］动态展示加文字说明：（1）光在入射到两种介质的交界面处时，通常一部分光被反射回原来的介质，另一部分光进入第Ⅱ种介质并改变了传播方向。
（2）当光由光密介质射向光疏介质时，当入射角等于或大于临界角时，光全部被反射回原介质中去，称做全反射现象。
（3）当折射角增大到90°时的入射角称为临界角C（参考图12）。
3．全反射棱镜，、光导纤维的原理及其应用。
（四）课余作业完成P77“问题与练习”的题目。
附：课后训练1．关于全反射，下列叙述正确的是（）A．发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非常弱B．光从光密介质射向光疏介质时一定会发生全反射现象C．光从光密介质射向光疏介质时可能不发生全反射现象D．光从光疏介质射向光密介质时可能发生全反射现象答案：C2．光在某种介质中的传播速度为1.5×108 m/s，则光从此介质射向真空时发生全反射图12的临界角是 （ ）A ．15°B ．30°C ．45°D ．60°解析：由n =v c 可得该介质的折射率n =2，再由sin C =n 1得sin C =21，故临界角C =30°。
答案：B3．有两种介质，甲介质对空气的临界角为60°，乙介质对空气的临界角为45°，则它们相比较，______介质是光疏介质，光从______介质射向______介质时有可能发生全反射。
答案：甲 乙 甲4．玻璃的临界角为42°，如果玻璃中有一束光线射向空气，入射角略小于42°，则在空气中折射角一定略小于 （ ）A ．27°B ．42°C ．48°D ．90°答案：D5．一束光从空气射向折射率n =2的某种玻璃表面，下列说法正确的是 （ ） A ．入射角大于45°时，会发生全反射现象 B ．无论入射角多大，折射角都不超过45° C ．欲使折射角等于30°，应以45°入射角入射D ．当入射角等于arctan 2时，反射光线和折射光线垂直解析：光由光密介质射向光疏介质时才有可能发生全反射，故A 错；光由空气射向玻璃时，45°的折射角对应的入射角为90°，故B 对；由n =21sin sin θθ可知θ2=30°时对应的入射角θ1=45°，故C 对；由入射角θ1=arctan 2可知tan θ1=2，即11cos sin θθ=2，再由折射率n =21sin sin θθ=2可得sin θ2=cos θ1，即θ1＋θ2=90°，故D 对. 答案：BCD6．光导纤维是利用光的全反射来传输光信号的。
如图所示，一光导纤维内芯折射率为n 1，外层折射率为n 2，一束光信号与界面夹角α由内芯射向外层，要在界面发生全反射，必须满足的条件是 （ ）A ．n 1＞n 2，α小于某一值B ．n 1＜n 2，α大于某一值C ．n 1＞n 2，α大于某一值D ．n 1＜n 2，α小于某一值解析：要使光信号在内芯与外层的界面上发生全反射，必须让内芯的折射率n 1大于外层的折射率n 2，同时入射角须大于某一值，故α应小于某一值。
答案：A7．为了测定某种材料制成的长方体的折射率，用一束光线从AB 面以60°入射角射入长方体时刚好不能从BC 射出，如图所示。
该材料的折射率是______。
解析：光线刚好不能从BC 面射出，意味着光线对BC 面的入射角刚好为临界角C ，对AB 面，n =sin60°/sin （90°－C ），对BC 面，n =Csin 1，解得n =7/2。
答案：7/28．某人在水面上游泳，看见水底发光体在正下方，当他向前游了2 m 时恰好看不见发光体。
求发光体距水面的深度。
（n 水=4/3）解析：如图所示，由于全反射，发光体发出的光仅能照亮以2 m 为半径的圆形水面。
由几何关系得：sin C =2222h + 又有sinC=n1，故2222h +=43h ≈1.76 m. 答案：1.76 m2。