全反射_教学设计

方案 ∋ : 实 验器 材为 光亮 单摆 铁球、蜡烛、细 铁丝、火
柴.
实验过程: 光亮单摆铁球在阳光下很刺眼, 用细铁丝穿 过单摆小金属球, 使其一 端伸出 作为把 手, 然 后捏 住把手, 将光亮铁球放在点燃 蜡烛上 熏黑( 将试 管夹和 铁球置 于烛 焰上进行熏制, 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, 观 察放在水 中的铁 球 亮度情况.
! ! 内容: 人教版 普通高中课程标准 实验教科书选修 3- 4 第 13 章第 7 节.
课题: 全反射 教学目标: ( 1) 知识目标. 知 道什么是光疏介质, 什么是光密介 质; 理解光的全反射概念. 使学生 在实验 的基础 上, 通 过比 较, 认识全反射现象, 了解发生全反射的条件; 理解临界角的概 念, 掌握临界角的计算; 知道全反射棱镜和光导纤维的工作 原理及其应用. ( 2) 技能目标. 培 养学生 的观察 能力、分析 推理能 力以 及运用所学知识解释实际现象的能力. ( 3) 德育目标. 通 过演示 和学生 动手实 验, 提高学 生学 习的积极性和主动性, 增强学生的实践能力和 创新精神. 教学重点: 全反射现象和全反射现象产生 的条件. 教学难点: 临界角的概念及计算. 课前准备: 学具. 半圆柱透明玻璃砖, 激光器, 装有水的烧杯, 一只 空试管、蜡烛, 火柴, 细铁 丝、镀铬的 光亮铁 球、弯曲的 细玻 璃棒( 或光导纤维) 、自行车尾灯、普通小手电筒. 教学过程: 1 ! 创设情景、设疑引入 夏天, 在海面平静的 日子, 站在海 滨极 目远眺, 有 时可 以看到远山, 船舶、楼阁等 各种景 致出 现在空 中. 2005 年 5 月 23 日 16∀50~ 19∀00 时分, 在# 人间仙境∃ 蓬莱海滨、蓬莱 阁和八仙渡 景区以东海域 上空出现 了极为 罕见的# 海市蜃 楼∃ 奇观. 据悉, 此次海 市奇观 是自 1988 年 以来规 模最 大、 持续时间最长、最为清 晰的一 次, 上 万名市 民、游客有 幸目 睹这一奇观. 这是当年中央电视台新闻 30 分节目播出的新 闻. ( 视频内容可从网上下载) 视频播放# 海市蜃楼∃ 自然奇观. 远山, 船舶、楼阁等各种景致真的出现在空中? 要想揭 开心中的疑团, 请大家做下面的分组实验. 板书: 第 7 节 ! 全反射. 2 ! 实验探究 2. 1 ! 学生分组实验( 最好在暗室条件下) 每人一块半圆柱透明玻璃砖, 一个激光手 电筒. 实验 % : 如图 1 所示让 一束 激光 射至半 圆形 砖 A B 界 面的 O 点, 逆时针旋转玻璃砖, 直至入射角 i 达到 90&. 完成实验后教师提问: 实验中看到了什么 现象? 学生观察并描述现象: ( 学生有多种答案例举如下) 可看到有 2 条红色光线, 一条 经过玻 璃砖 从玻璃 砖圆
气来说是光密介质, 相对玻璃来说是光疏介质 .
板书: 光疏介质和光密介质是相对而言的 .
2. 3 ! 全反射现象
提问: 上面两个实验中有一个出现了全反射现象, 请大
家讨论一下, 哪 个实 验中 有全 反射 现象, 什么 是全 反 射现
象?
学生讨论后认为: 实验 2 中有 全反射现 象. 当 入射角 i
方案 % : 实验器材为装有水的烧杯、1 只空试管. 实验过程: 将一只空试管插入装有水的烧杯中, 空试管
在水中就形 成一个大气 泡, 从 烧杯的 上方观 察试管壁 的亮
度情况. 学生从烧杯的上方可观察到试管壁上有特别明亮的光
斑. 因为光线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.
在一条直线上. 在转动玻璃砖的整个过程中, 始终存在反射光线、入射
光线和折射光线. 通过学生的反馈师生 共同得出: 当入射角 i 增大时, 折射 角 r 也增大, 折射光线强度逐
渐减弱, 当入射角 增大 到 90&的 过程 中还 同时 存在 反射 回 空气的光线和折射进入玻 璃的光线.
图 1! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 图 2 实验 ∋: 如图 2 所示, 让一束激光从半圆 形砖的弧面沿 半径射到 A B 界面 上的 O 点, 逆 时针 旋转 玻璃 砖, 直至 入 射角 i 达到 90&. 实验结束后提问: 与上面实验相比, 这两 次实验共同点 是什么? 学生容易得出: 当入射 角 i 增大 时, 折 射角 r 也增大, 折射光线强度逐渐变暗, 反射光线却逐渐变亮. 教师问: 两次实验现象有什么明显不同? 学生会很兴奋地找到 答案: 当入射角 i 增大到某一角 度时, 折射角 r 达到 90&, 折 射到空气的光线就完全消 失, 反射光线最亮. 入射角 i 继续 增大到 90&的 过程中, 也只有反射回玻璃中的光线. 教师问: 为什么都是同样的装置, 不同的 入射方向实验 现象有着明显的不同? 学生热烈讨论, 并引起对空气和玻璃的研究. 学生查找 课本, 空气的折射率是 1. 000 28, 水的 折射率是 1. 33, 玻璃 的折射率是 1. 5~ 1. 8, 玻璃的折射率大于空气的折射率. 2. 2 ! 建立光疏介质和光密介质概念 板书: 一、光疏介质和光密介质 a. 光疏介质: 折射 率 小的 介质 ( 即 传播 光速 度 大的 介 质) 叫光疏介质.
中发生全反射的临界角 C .
板书: d. 临界角的计算
由于临界角 是折 射角 达 到 90& 时的 入 射角, 根 据 折射
定律及光路的可逆性得.
板书: n=
ssinin9C0&=
1 s in C
,
s
in
C
=
1 n
.
师生分析计算例题求解水的临界角.
3 ! 为了帮助学生加深对全反射现象的认识, 了解全反射的 应用, 特别设计了如下课堂探究实验
到 90&, 折射光线完全消失, 只剩下反射光.
板书:
b. 临界角: 光从光密介质射向光疏介质时, 折射角等于
90&时的入射角, 用 C 表示.
c. 产生全反射的条件:
( 1) 光线从光密介质射向光疏介质
( 2) 入射角大于或等于临界角
不同的介质, 由于折射率不同, 在介质中发生全反射的
临界角是不一样的. 请大家推算 在折射率 为 n 的某 种介质
第
30 卷第 4 2009 年
期
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b. 光密介质: 折射 率大 的介 质( 即 传 播光 速度 小 的介
质) 叫光密介质.
问: 水是什么介质? ( 让学 生们思 考回答 ) 水相对 于空
方案 ) : 实验器材为弯曲的细玻璃棒、激光器. 实验过程: 让激光器发 出的光 射入一根 弯曲 的玻璃 棒 的一端, 观察光传播的路径有什么特点. 学生观察到: 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. 教师补充: 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 100 m 左右, 而且是由 内芯和外套 两层 组成的, 光线在内芯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. 方案 ∗: 实验器材是截 面为等 腰直角三 角形 的全反 射 棱镜、激光器. 实验过程: 第 1 次让光线从玻璃砖的直角面垂直射入, 第 2 次让光线从玻璃 砖的斜 面垂直 射入, 观察光 传播的 路 径有什么特点. 学生观察到: 射入时由于光的方向与玻璃面垂直, 光线 不发生偏折. 但在玻璃内部, 光射向玻璃与空 气的界面时入 射角大于临界角, 发生全反射. 教师说明: 全反射棱镜 与平面 镜相比, 它 的反 射率高, 几乎可达 100% ; 由 于反 射面不 必涂 敷任 何反 光物 质所 以 反射时失真小. 这种棱镜在光学仪器中用来改变光的方向, 用得十分广泛. 下面观察自行车的后尾灯. 方案 +: 实验器材为自行车的后尾灯、普通小手电筒. 实验过程: 先观察自行车尾, 再用手电筒 灯光来照射尾 灯, 观察尾灯的亮暗情况. 学生观察到: 尾灯里面有很多全反射棱镜, 用灯光来照 射尾灯时, 尾灯很亮. 与上面 方案 ∗相 比, 光线是 从玻璃 砖 的斜面垂直射入, 在两直 角面上 发生两 次全反射 后被反 射 回来, 所以观察到尾灯很亮. 板书: 全反射棱镜、光导纤维. 4 ! 归纳小结(略)
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第 30 卷第 4 期 2009 年
两节教材 ! 一种思想 ! 多项功能
刘世军
( 赣榆县教育局教研室, 江苏 赣榆 ! 222100)
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第 30 卷第 4 期 2009 年
教材与教法
新课改形势下的 全反射 教学设计
赵逢胜
( 山东省沂南县 山大华特卧龙学校, 山东 沂南 ! 276300)
增大到某一角度时, 折射角 r 达 到 90&, 折射 入空气 的光线
完全消失, 入 射角 i 继续 增大到 90&的过程 中, 也 只有反射
回玻璃中的光线. 这种现象叫做全反射现象.
板书: 二、全反射现象
a. 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, 光线全部被反射回原来光密介 质的现象.
( 6(
形面射出, 另一条从反射点直接反射到空气中. 在玻璃砖中的那条 从玻璃 砖圆形 面射出 时, 光线不 改
变方向. 当玻璃砖转动时, 反射 光线、折射光 线都 转动, 当反 射
光线与折射光线间的夹角 变大时, 折射光线偏折程度变大. 当入射角增大时, 反射光线变亮, 折射光线逐渐变暗. 当入射角为零度 时, 入 射光线、反射 光线、折 射光线 都
这两节内容, 在以往教材的编写中, 一般 先定义 # 功∃ 、 # 冲量∃ , 接着分别举例说明这两个概念的物理意义, 再引入 # 能量∃ 、# 动 量∃ 两个 概念, 最后通 过实验 或理论 分析, 分别 得出: 在物体运动过 程中, 能量是# 守 恒的∃ ; 在 物体的 相互 作用过程中, 动量是# 不变的∃.
学生观察到: 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 的黑色 物质, 当学生 把 铁球从水中取出时, 发现熏黑的铁球依然如故, 再将其放入 水中时, 出现的现象和前 述一样, 学生 大惑不 解. 经过学 生 仔细观察和分析发现被蜡 烛熏黑的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. 4 ! 全反射的条件
提出问题: 什么时候能发生全反射呢?
学生讨论后认为: 实验 1 没有发生全反射, 说明光必须
从光密介质 射向光疏介 质时才有 可能发 生全反 射现象. 虽
然实验 2 中有全反 射现象, 但 全反射现 象只在 入射角 大于
某一角度时才能发生. 当入射角达到这一角度时, 折射角达
! ! 能量和 动量是物理 学中两个 基本而重要 的概念, 这两 个概念分别是人 类追 寻# 物 体运 动中 的守 恒量 是什 么∃ 和 # 物体相互作用中的 守恒量 是什么∃ 的 过程中发 展起来 的. 这两个概念 之所以重要, 是因 为它们 在物体 的运动过 程中 或物体的相 互作用过程 中是一个 守恒量, 而 守恒关系 又是 自然界十分 重要的规律 关系. 人民教 育出版 社出版的 普通 高中课程标准实验教科书物理必修( 2) 中的# 追寻守恒量∃ 、 选修 3- 5 中的# 实验: 探究碰 撞中的 不变量∃ , 是两节 突出 物理思想、体现物理教育功能的典型教材. 1 ! 两节教材的编写特点