《全反射与光导纤维》教学设计
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关键词：全反射与光导纤维；教学设计；教材
中图分类号：G633.7 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0188-02
【教材分析】
《全反射与光导纤维》是上海科技教育出版社普通高中课程标准实验教科书物理选修3-4第四章第六节。“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的现象。它在日常生活和科学研究方面都有广泛的应用。
【教学目标】
1.知识与技能：认识光的全反射现象，掌握临界角的计算公式，能够解释由于全反射而产生的一些现象。
2.过程与方法：观察光的全反射现象，分析产生全反射现象的条件，从理论上推导临界角的计算公式，并且能够用它解决一些问题。
3.情感态度与价值观：进一步体会科学理论与社会、生产、生活的联系。
【教学重点】掌握临界角的概念和发生全反射的条件。
【教学难点】解释生活中的全反射现象，处理与全反射现象有关的物理问题。
【教学方法】实验探究法 启发诱导法
【教学过程】
一、引入新课
同学们见过海市蜃楼吗？海市蜃楼是怎样形成的？（播放海市蜃楼的视频）
再请同学们看一个奇怪的现象，实验演示：拿一个底部带有小孔的盛水玻璃杯，让激光笔在底部小孔处发出光，可看见光居然沿着弯曲的水柱传出。
这两种现象都与全反射现象有关。我们今天就来学习第四章第六节全反射与光导纤维。
二、新课教学
（一）研究光的全反射现象
1.实验探究：探究光的全反射现象。
器材：装一半水的圆底玻璃烧瓶，烧瓶内水面上方充满烟雾，用木塞封住烧瓶口，激光笔若干。
进行实验：用激光笔发出的光从烧瓶底部照射进去，让光由水射向空气，注意要让光线沿着圆的半径方向射入。请仔细观察：
（1）当入射角增大时，折射角如何变化？
（2）反射光和折射光的强度如何变化？
（3）有没有看到折射光线紧贴水面（沿玻璃砖直边传播），即折射角等于90°的情况？此时，再增大入射角，你看到什么现象？
（拉上窗帘，安排10min左右的时间，学生进行探究，教师巡回指导）
2.交流。先让学生交流一下，再以小组为单位汇报观察情况。学生汇报，教师要引导并帮助归纳，达到共识：（1）光在水和空气（玻璃）界面先是既有反射又有折射。（2）入射角增加时折射角随着增加，这个过程中反射光强度增大而折射光变暗。（3）出现折射角为90°的情况但不明显，再增加入射角时，就只有反射光了。
各位同学，你们刚才看到的折射光完全消失，只剩反射光，这叫做全反射。
3.继续探究，了解产生全反射现象的条件。请思考一个问题：根据在刚才的探究过程中观察到的情况，你认为全反射现象的产生有什么条件？假如光从空气射入水，会不会发生全反射现象？用实验来验证你的结论。（给学生5min时间进行讨论和实验探究）
师生一起归纳、小结，达到一下共识：（1）必须是光从光密介质射向光疏介质。（2）入射角要大于某一个数值。
入射角要大于某个值，这是个什么概念呢？原来，从我们做的探究中可以看出，当入射角增大到一定程度时，折射角就会增大到90°，这时的入射角叫做临界角。
现在，我们就将光产生全反射现象的条件完整地叙述为：当光线从光密介质射入光疏介质时，如果入射角大于临界角，就会发生全反射现象。（板书）
4.分析论证：得出临界角的计算公式。要讨论全反射现象，知道临界角的数值显然很重要，怎样确定临界角呢？我们来论证一个简单的情况——光从折射率为n的光密介质进入■折射率为1的空气（或真空），请根据光的折射定律，推导临界角的计算公式。
学生独立推导，教师巡回指导。
通过汇报，得到临界角的计算公式：C=arcsin
（二）全反射现象的应用
1.水或玻璃中的气泡，从侧面看起来为何特别明亮？
（投影题目，让学生讨论，回答结果）
强调要阐述清楚两点：（1）光的全反射发生在什么地方？光线的走向如何？（2）因为是全反射，光的能量几乎没有损失。
2.假如有光线射入石英玻璃做的直角三棱镜（叫做全反射棱镜），光路的进行情况如何？
（投影题目，学生讨论，汇报结果）
每个实验桌上都有直角三棱镜和激光笔，同学们可以通过实验验证一下上述结论是否正确。（学生做实验验证）
全反射现象在实际生活中有不少应用。大家有没有注意到如自行车的尾灯，当晚上有光线照射上去时，它变得十分明亮醒目。它的剖面图如图所示，它其实就是一组角锥棱镜，由于全反射，它能够把入射光线充分反射回来。
3.海市蜃楼的解释（答略）。
4.已知石英玻璃的折射率是1.46，光从它射入空气时的临界角是多少？
（投影题目，学生用计算器计算，得出结果是43°）
三、家庭作业与活动
1.完成本节课学案。
2.教材97页“家庭作业与活动”1，2，3题。
3.留心观察周围生活中的情况，收集1-2个应用全反射棱镜和光导纤维的事例，下节课大家来交流。
四、教学反思
新课的关键在于实验探究，教师事先要强调使用小激光灯的安全问题，以免照射伤害到学生的眼睛。通过“全反射的探究实验”，使学生了解：全反射现象，全反射条件。学生的观察、分析、讨论和解决问题能力得到了锻炼和提高。