《全反射與光導纖維》教學設計

吳莉

摘要：從教材出發，對教學《全反射與光導纖維》內容進行設計。

關鍵詞：全反射與光導纖維；教學設計；教材

中圖分類號：G633.7 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）12-0188-02

【教材分析】

《全反射與光導纖維》是上海科技教育出版社普通高中課程標準實驗教科書物理選修3-4第四章第六節。“全反射”是學生在學習光的反射和光的折射定律的基礎上研究的一種重要的光的現象。它在日常生活和科學研究方面都有廣泛的應用。

【教學目標】

1.知識與技能：認識光的全反射現象，掌握臨界角的計算公式，能夠解釋由于全反射而產生的一些現象。

2.過程與方法：觀察光的全反射現象，分析產生全反射現象的條件，從理論上推導臨界角的計算公式，并且能夠用它解決一些問題。

3.情感態度與價值觀：進一步體會科學理論與社會、生產、生活的聯系。

【教學重點】掌握臨界角的概念和發生全反射的條件。

【教學難點】解釋生活中的全反射現象，處理與全反射現象有關的物理問題。

【教學方法】實驗探究法 啟發誘導法

【教學過程】

一、引入新課

同學們見過海市蜃樓嗎？海市蜃樓是怎樣形成的？（播放海市蜃樓的視頻）

再請同學們看一個奇怪的現象，實驗演示：拿一個底部帶有小孔的盛水玻璃杯，讓激光筆在底部小孔處發出光，可看見光居然沿著彎曲的水柱傳出。

這兩種現象都與全反射現象有關。我們今天就來學習第四章第六節全反射與光導纖維。

二、新課教學

（一）研究光的全反射現象

1.實驗探究：探究光的全反射現象。

器材：裝一半水的圓底玻璃燒瓶，燒瓶內水面上方充滿煙霧，用木塞封住燒瓶口，激光筆若干。

進行實驗：用激光筆發出的光從燒瓶底部照射進去，讓光由水射向空氣，注意要讓光線沿著圓的半徑方向射入。請仔細觀察：

（1）當入射角增大時，折射角如何變化？

（2）反射光和折射光的強度如何變化？

（3）有沒有看到折射光線緊貼水面（沿玻璃磚直邊傳播），即折射角等于90°的情況？此時，再增大入射角，你看到什么現象？

（拉上窗簾，安排10min左右的時間，學生進行探究，教師巡回指導）

2.交流。先讓學生交流一下，再以小組為單位匯報觀察情況。學生匯報，教師要引導并幫助歸納，達到共識：（1）光在水和空氣（玻璃）界面先是既有反射又有折射。（2）入射角增加時折射角隨著增加，這個過程中反射光強度增大而折射光變暗。（3）出現折射角為90°的情況但不明顯，再增加入射角時，就只有反射光了。

各位同學，你們剛才看到的折射光完全消失，只剩反射光，這叫做全反射。

3.繼續探究，了解產生全反射現象的條件。請思考一個問題：根據在剛才的探究過程中觀察到的情況，你認為全反射現象的產生有什么條件？假如光從空氣射入水，會不會發生全反射現象？用實驗來驗證你的結論。（給學生5min時間進行討論和實驗探究）

師生一起歸納、小結，達到一下共識：（1）必須是光從光密介質射向光疏介質。（2）入射角要大于某一個數值。

入射角要大于某個值，這是個什么概念呢？原來，從我們做的探究中可以看出，當入射角增大到一定程度時，折射角就會增大到90°，這時的入射角叫做臨界角。

現在，我們就將光產生全反射現象的條件完整地敘述為：當光線從光密介質射入光疏介質時，如果入射角大于臨界角，就會發生全反射現象。（板書）

4.分析論證：得出臨界角的計算公式。要討論全反射現象，知道臨界角的數值顯然很重要，怎樣確定臨界角呢？我們來論證一個簡單的情況——光從折射率為n的光密介質進入■折射率為1的空氣（或真空），請根據光的折射定律，推導臨界角的計算公式。

學生獨立推導，教師巡回指導。

通過匯報，得到臨界角的計算公式：C=arcsin

（二）全反射現象的應用

1.水或玻璃中的氣泡，從側面看起來為何特別明亮？

（投影題目，讓學生討論，回答結果）

強調要闡述清楚兩點：（1）光的全反射發生在什么地方？光線的走向如何？（2）因為是全反射，光的能量幾乎沒有損失。

2.假如有光線射入石英玻璃做的直角三棱鏡（叫做全反射棱鏡），光路的進行情況如何？

（投影題目，學生討論，匯報結果）

每個實驗桌上都有直角三棱鏡和激光筆，同學們可以通過實驗驗證一下上述結論是否正確。（學生做實驗驗證）

全反射現象在實際生活中有不少應用。大家有沒有注意到如自行車的尾燈，當晚上有光線照射上去時，它變得十分明亮醒目。它的剖面圖如圖所示，它其實就是一組角錐棱鏡，由于全反射，它能夠把入射光線充分反射回來。

3.海市蜃樓的解釋（答略）。

4.已知石英玻璃的折射率是1.46，光從它射入空氣時的臨界角是多少？

（投影題目，學生用計算器計算，得出結果是43°）

三、家庭作業與活動

1.完成本節課學案。

2.教材97頁“家庭作業與活動”1，2，3題。

3.留心觀察周圍生活中的情況，收集1-2個應用全反射棱鏡和光導纖維的事例，下節課大家來交流。

四、教學反思

新課的關鍵在于實驗探究，教師事先要強調使用小激光燈的安全問題，以免照射傷害到學生的眼睛。通過“全反射的探究實驗”，使學生了解：全反射現象，全反射條件。學生的觀察、分析、討論和解決問題能力得到了鍛煉和提高。