《全反射》精品教案一、教材分析本節(jié)課程是高中物理光學部分的一個重點，也是難點，學習全反射的內容涉及直線傳播、反射、折射的知識，從本質上進一步理解和應用折射定律和折射率，讓學生有效體會和熟練應用光路可逆知識解決光的傳播問題。所以全反射既是新知識的學習，又是對前面所學知識的鞏固和深化。二、教學目標與核心素養(yǎng)【物理觀念】知道全反射現象揭示了光路的可逆性，本質是光從光密介質射向光疏介質時，折射角大于等于90°的一種物理現象?！究茖W思維】了解全反射現象的本質，知道發(fā)生全反射現象的條件，并能夠對相應物理問題進行定性分析與定量運算?！究茖W探究】通過觀看演示視頻，引導學生從實驗現象中探索事物的本質，學生分組對實驗進行探究，得出發(fā)生全反射的條件，知道臨界角的概念及物理意義?！究茖W態(tài)度與責任】讓學生發(fā)掘大自然中的物理現象，領略物理之美；體會生活中處處蘊含物理知識，物理就在身邊，從而進一步培養(yǎng)學生學習物理的興趣。三、教學重難點【教學重點】臨界角的概念及表達式、全反射的條件、全反射的應用；【教學難點】全反射的條件、全反射的應用。四、教學過程1）【引入新課】全反射現象想一想：水中和玻璃中的氣泡，還有葉子上的露珠看起來特別明亮，這是為什么？晶瑩剔透的露珠晶瑩剔透的露珠水中的氣泡看上去特別明亮2）【進行新課】探究點一、全反射1、光疏介質和光密介質光疏介質:兩種介質中折射率較小的介質叫做光疏介質.光密介質:兩種介質中折射率較大的介質叫做光密介質.幾種常見物質的折射率酒精相對于水是光密介質酒精相對于玻璃是光疏介質注意：“光密介質”和“光疏介質”是相對而言的，對其界定是以折射率為依據的?！居懻撆c思考】既然光由光密介質射入光疏介質時，折射角大于入射角?？梢灶A料，當入射角增大到一定程度，但還沒有達到900時，折射角就會增大到900。如果入射角再增大，會出現什么現象？2、全反射【實驗探究：觀察全反射現象】如圖，讓光沿著半圓形玻璃磚的半徑射到它的平直邊上，觀察平直邊與空氣界面發(fā)生的實驗現象。逐漸增大入射角，觀察反射光線和折射光線的變化。實驗現象及結論當光從光密介質射入光疏介質時，同時發(fā)生折射和反射，如果入射角逐漸增大，折射光離法線越來越遠，而且越來越弱，反射光卻越來越強。當入射角增大到某一角度，使折射角達到900時，折射光完全消失，只剩下反射光。全反射的定義全反射：當光從光密介質射入光疏介質時，入射角逐漸增大到某一角度，光線全部被反射回原光密介質的現象。臨界角：當光從光密介質射入光疏介質時，折射角等于900角時的入射角叫做臨界角。用C表示。發(fā)生全反射的條件（1）光從光密介質射入光疏介質；（2）入射角等于或大于臨界角；臨界角的計算生活中的全反射現象（1）水中或玻璃中的氣泡，看起來特別明亮，就是因為光從水或玻璃射向氣泡時，一部分光在界面上發(fā)生了全反射的緣故。水中的氣泡看上去特別明亮水中的氣泡看上去特別明亮（2）【水下的燈】水中的燈只能照亮水面上一塊圓面，為什么？從水射到空氣時，當入射角大于臨界角時，發(fā)生全反射，所以只能照亮水面上的一塊圓面從水射到空氣時，當入射角大于臨界角時，發(fā)生全反射，所以只能照亮水面上的一塊圓面。（3）在潛水員看來，岸上的所有景物，都出現在一個倒立的圓錐里，為什么？這個圓錐的頂角多大？探究點二、全反射棱鏡玻璃棱鏡的截面為等腰直角三角形，當光從圖中所示的方向射入玻璃時，由于光的方向與玻璃面垂直，光線不發(fā)生偏折。但在玻璃內部，光射向玻璃與空氣的界面時，入射角大于臨界角，發(fā)生全反射。與平面鏡相比，它的反射率高，幾乎可達100%。這種棱鏡在光學儀器中可用來改變光的方向。優(yōu)點：（1）反射率高，幾乎可達100%；（2）因反射面不必涂敷任何反射物質，故反射時失真小。全反射棱鏡的應用探究點三、全反射的應用實例1．光導纖維【觀察與思考】演示：激光筆發(fā)出的光射入一根彎曲的有機玻璃棒的一端，觀察光傳播的路徑有什么特點?，F象：光沿著彎曲的玻璃棒轉彎原因：當光在玻璃棒內傳播時，如果從玻璃射向空氣的入射角大于臨界角，光會發(fā)生全反射，于是光在玻璃棒內沿著鋸齒形路線傳播。這就是光導纖維導光的原理。光導纖維光導纖維是非常細的特制玻璃絲，直徑只有幾微米到幾百微米之間，由內芯與外套兩層組成．內芯的折射率比外套的大，光傳播時在內芯與外套的界面上發(fā)生全反射。把光導纖維聚集成束，使其兩端纖維排列的相對位置相同，圖像就可以從一端傳到另一端了。載有聲音、圖像以及各種數字信號的激光從光纖的一端輸入，就可以傳到千里以外的另一端，實現光纖通信。光導纖維的用途很大，醫(yī)學上將其制成內窺鏡，用來檢查人體內臟的內部光導纖維的用途很大，通過它可以實現光纖通信2、水流導光水流導光：光在水的內表面發(fā)生多次全反射五、板書設計課后篇鞏固提升必備知識基礎練1.關于全反射,下列敘述正確的是()A.發(fā)生全反射時仍有折射光線,只是折射光線非常弱B.光從光密介質射向光疏介質時,一定會發(fā)生全反射現象C.光從光密介質射向光疏介質時,可能不發(fā)生全反射現象D.光從光疏介質射向光密介質時,可能發(fā)生全反射現象解析全反射發(fā)生的條件是光從光密介質射向光疏介質和入射角大于等于臨界角,二者缺一不可,故選項B、D錯誤,C正確;發(fā)生全反射時,折射光線全部消失,只剩下反射光線,選項A錯誤。答案C2.光線由空氣透過半圓形玻璃磚,再射入空氣的光路圖中,正確的是(玻璃的折射率為1.5)()A.圖乙、丙、丁 B.圖乙、丁C.圖乙、丙 D.圖甲、丙解析題圖甲、乙情景中,光由空氣進入玻璃,由光疏介質進入光密介質,應有θ1>θ2,乙正確,甲錯誤;題圖丙、丁情景中,光由玻璃進入空氣中,sinC=1n=23<22=sin45°,即C<45°,答案B3.(山東濰坊一中高二期末)將塑料瓶下側開一個小孔,瓶中灌入清水,水就從小孔流出。將激光水平射向塑料瓶小孔,觀察到激光束沿水流方向發(fā)生了彎曲,光被限制在水流內。則下列說法正確的是()A.激光束發(fā)生彎曲是因為光在水柱與空氣界面上發(fā)生折射B.激光束發(fā)生彎曲是因為光在水柱與空氣界面上發(fā)生全反射C.改用折射率更大的液體,激光束便不能被限制在水流內D.激光在水中的傳播速度大于其在空氣中的傳播速度解析激光束發(fā)生彎曲是因為光在水柱與空氣界面上發(fā)生了全反射,就像光導纖維一樣,選項A錯誤,B正確;改用折射率更大的液體,根據sinC=1n,得臨界角變小,光束仍可在水流中發(fā)生全反射,選項C錯誤;根據v=cn可知,激光在水中的傳播速度小于其在空氣中的傳播速度,選項答案B4.三種透明介質疊放在一起,且相互平行,一束光在Ⅰ和Ⅱ兩介質的界面上發(fā)生了全反射后,射向Ⅱ和Ⅲ兩介質界面,發(fā)生折射,如圖所示,設定光在這三種介質中的速率分別是v1、v2、v3,則它們的大小關系是()A.v1>v2>v3 B.v1>v3>v2C.v1<v2<v3 D.v2>v1>v3解析光在Ⅰ和Ⅱ兩介質的界面上發(fā)生了全反射,說明Ⅰ的折射率小于Ⅱ的折射率,即n1<n2;光射向Ⅱ和Ⅲ兩介質界面時發(fā)生了折射,而且折射角大于入射角,說明Ⅱ的折射率大于Ⅲ的折射率,即n2>n3;介質Ⅰ與Ⅲ相比較,介質Ⅰ的折射率小于介質Ⅲ的折射率,即有n1<n3,所以有n2>n3>n1,根據光在這三種介質中的速率公式v=cn得知,光速與折射率成反比,則v1>v3>v2答案B5.(多選)已知介質對某單色光的臨界角為C,則()A.該介質對此單色光的折射率等于1B.此單色光在該介質中的傳播速度等于c·sinC(c是光在真空中的傳播速度)C.此單色光在該介質中的傳播波長是在真空中波長的sinC倍D.此單色光在該介質中的頻率是真空中的1sin解析由臨界角的計算式sinC=1n,得n=1sinC,選項A正確;將n=cv代入sinC=1n,得sinC=vc,故v=csinC,選項B正確;設該單色光的頻率為f,在真空中的波長為λ0,在介質中的波長為λ,由波長、頻率、光速的關系得c=λ0f,v=λf,故sinC=vc=λλ0,λ=λ0sinC,答案ABC6.(山東高二期末)如圖所示,一運動員在清澈的水池里沿直線以0.5m/s的速度游泳,已知水深為7m,不考慮水面波動對視線的影響。t=0時刻他看到自己正下方的水底有一小石塊,t=6s時他恰好看不到小石塊了(眼睛在水面之上),下列說法正確的是()A.6s后,運動員會再次看到水底的小石塊B.水的折射率n=5C.水的折射率n=4D.水的折射率n=7解析t=6s時恰好看不到小石塊,則知光線恰好發(fā)生了全反射,入射角等于臨界角C,6s后,入射角大于臨界角,光線仍發(fā)生全反射,所以不會看到小石塊,故A錯誤;t=6s時通過的位移為x=vt=0.5×6m=3m,根據全反射臨界角公式得sinC=1n,sinC=x?2+x2=34,則n=答案C7.如圖所示,一段橫截面為正方形的玻璃棒,中間部分彎成14圓弧狀,一細束單色光由MN端面的中點垂直射入,恰好能在弧面EF上發(fā)生全反射,然后垂直PQ(1)求該玻璃棒的折射率;(2)若將入射光向N端平移,當第一次射到弧面EF上時(選填“能”“不能”或“無法確定能否”)發(fā)生全反射。

解析(1)因為細束單色光由MN端面中點垂直射入,所以到達弧面EF界面時入射角為45°,又因為恰好發(fā)生全反射,所以45°為臨界角C,由sinC=1n可知,該玻璃棒的折射率n=1(2)若將入射光向N端平移,第一次射到弧面EF上的入射角將增大,即大于臨界角45°,所以能發(fā)生全反射。答案(1)2(2)能8.(山西朔州高二期中)如圖所示,一半徑為R,高度也為R的圓柱形均勻透明體的底面中心處有一點光源S,在圓柱體的上表面有一點M,M離上表面中心O的距離d=33R,經過M(1)求透明體的折射率n;(2)從透明體上表面觀察,若要看不到光源,可用不透明的黑紙覆蓋上表面,求黑紙的最小面積Smin。解析(1)如圖所示,tanθ=dR=33,解得入射角i=θ=30°,折射角為r=60°,(2)設臨界角為C,黑紙的最小半徑為rmin,則sinC=1n=33,i=C時恰好發(fā)生全反射,由幾何關系可知sinC=rminrmin2+R2答案(1)3(2)12πR關鍵能力提升練9.(多選)如圖所示,半徑為R的半圓形透明材料,折射率n=2.0。一束平行光從空氣以垂直于其底面的方向射入,則下列說法正確的是()A.所有光線都能透過這種材料B.只有距圓心O兩側R2C.射出的光束會形成發(fā)散光束D.射出的光束會形成會聚光束解析平行光射到底面時,光線與界面垂直,方向不變,繼續(xù)射到球面時,距O越遠的光線射到球面的入射角越大,越易發(fā)生全反射,距圓心O兩側R2范圍內的光線入射角小于臨界角C=arcsin1n=30°,發(fā)生折射形成會聚光束,如圖所示,距圓心O大于答案BD10.一束細光束由真空沿著徑向射入一塊半圓柱形透明體,如圖甲所示,對其射出后的折射光線的強度進行記錄,發(fā)現折射光線的強度隨著θ的變化而變化,如圖乙的圖線所示,此透明體的臨界角為,折射率為。

解析由題圖乙的圖線可知,當θ小于等于30°時,入射角大于等于60°,折射光線的強度為零,所以此透明體的臨界角為60°,由臨界角公式sinC=1n,解得n=2答案60°211.如圖所示,玻璃材料制成的一棱鏡的截面圖,一細光束從圓弧AB的中點E點沿半徑射入棱鏡后,恰好在圓心O點發(fā)生全反射,經CD面反射,再從圓弧的F點射出,已知,OA=a,OD=24a(1)出射光線與法線夾角的正弦值;(2)光在棱鏡中傳播的時間。解析(1)作出光路圖如圖。根據幾何關系可知,臨界角為C=45°。根據全反射定律得n=1sinOG=2OD=12a,sinα=根據折射定律得n=sinβsinα,解得sinβ(2)光在棱鏡中的傳播速度v=c由幾何知識得,光線傳播的長度為l=a+12a+3光在棱鏡中傳播的時間t=lv答案(1)22(2)12.如圖所示,一條長度為l=5.0m的光導纖維的內芯用折射率為n的材料制成,外套的折射率可認為與空氣的折射率相等且等于1。一細束激光從其左端的中心點以i角入射到光導纖維的端面上,并射入其中,設折射角為α,經過一系列的全反射后從右端面射出。(1)若n=2,i=45°,則該激光在光導纖維中的速度v是多大?(2)若n=2,i=45°,則該激光在光導纖維中的傳輸時間是多少?(3)若要保證不管i取何值時,激光都不會從光導纖維的側面漏出,試求n的取值范圍。解析(1)由n=cv可得v=2.1×108m/