高中物理《全反射》教學設計分析

丁延禮

教材分析和學生情況分析

“全反射”是人教版（2019）選擇性必修第一冊的內容，教材對于本節課的安排是開篇給出“光疏介質”“光密介質”的定義，通過半圓形玻璃磚實驗引出“全反射”現象以及“臨界角”的概念，隨后給出臨界角和折射率的關系式以及對應習題，最后介紹了全反射棱鏡與光導纖維的應用。這四部分內容雖能做到循序漸進，但這樣安排卻不能帶給學生直觀體驗。學生不清楚“全反射”是什么，以往的灌輸式教學模式不能很好地激發學生的學習興趣，實驗設計邏輯性不夠，過渡銜接不自然。本節課將教材實驗情境前置，通過魔術表演“水流導光”引入新課，顛覆學生“先入為主”的認知模式，再輔助實驗演示，加以嚴密的邏輯推理，一步步帶領學生感受“全反射”的魅力。

此前學生已經學習了光的反射和折射，了解幾何光學基本的研究方法和相關概念，在此基礎上進行全反射的學習，是前面一節知識的深化和應用。如何讓學生從“反射”“折射”過渡到“全反射”現象是本節的重點內容，讓學生掌握發生全反射的條件。

教學目標

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；了解全反射的應用。

2.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。

3.培養學生學習物理的興趣，進行科學態度、科學方法教育。

重點難點

重點：臨界角的概念及全反射條件

設計思想

本節微課的教學設計體現了新課程理念，以培養和發展能力為著眼點，以掌握物理研究方法和物理思維方法為依據。本節主要知識內容是全反射現象和全反射條件。靈活運用推理假設、實驗驗證、分析歸納、比較等方法教學，使學生在獲得知識的同時，也獲得了掌握這些知識的方法。

教學設計

【課堂引入】

問題：引入實驗：“水流導光”

視頻演示：往一個水管中裝滿水，用一束激光水平水管，發現光沿著“曲線”的水流軌跡進行傳導。思考光沿直線傳播，但為何在水管中光會彎曲，讓學生帶著這個疑問開始學習新的知識——全反射現象。“水流導光”使學生產生認知沖突。初步體會全反射的效果。

【課堂學習】

活動一：全反射現象

問題1：什么是光密介質和光疏介質？

不同介質有不同的折射率，不同折射率的介質相比較，折射率較大的叫光密介質，折射率較小的叫光疏介質。舉例說明光密介質和光疏介質是相對的。

舉例：n水＜n玻璃磚，相對于玻璃磚，水是光疏介質

n水＞n空氣，相對于空氣，水是光密介質

問題2：什么是全反射現象？

引導：當光從光疏介質進入光密介質，折射角小于入射角；

當光從光密介質進入光疏介質，折射角大于入射角；

當光從一種介質進入另一種介質時，在介質交界處不僅有折射光線，同時也有反射光線。

演示實驗：激光束射向半玻璃磚，觀察反射、折射現象。

設疑：1.如果入射角變大，反射光線和折射光線可能怎么變化呢？

2.隨著入射角的增大，反射光線和折射光線的亮度如何變化？

3.當折射角增大到90度時，情況又如何？

實驗驗證：轉動光具盤，增大入射角，觀察反射光線和折射光線。

分析：隨著入射角逐漸增大，折射角也逐漸增大，但折射角總是大于入射角。同時還觀察到，折射光線越來越暗，越來越接近90o，當入射角增大到一定值時折射光線消失，只剩下入射光線、反射光線。繼續增大入射角時，仍然觀察不到折射光線。

全反射現象總結：全反射條件當光從_____光密介質_____射向_____光疏介質時，不斷增大入射角，_____折射_____光線越來越弱，_____反射_____光線越來越強 ，當入射角增大到某一角度，使折射角達到_____90°_____，這時折射光線消失，只剩下_____反射_____光線，這種現象稱為全反射。

活動二：問題1：什么是臨界角？

實驗分析：要發生全反射現象對入射角大小有一定的要求，我們把折射角為90°時的入射角叫做臨界角。

結論：設光從某種折射率為n的介質設向空氣或真空時的入射角恰好是臨界角C，此時的折射角r=90°。由折射定律sinC/sinr=1/n，因為sin90°=1，則sinC=1/n。

問題2：全反射條件是什么？

演示實驗：觀察光從空氣射向玻璃和光從玻璃射向空氣時能否發生全反射，發生全反射的條件。

歸納：光從光疏介質射向光密介質不會發生全反射，光從光密介質射向光疏介質時，當入射角大于或等于臨界角，會發生全反射。

結論：全反射的條件：光從光密介質射向光疏介質，入射角大于或等于臨界角。

問題3：現象解釋水中或玻璃中的氣泡看起來特別明亮。

原因：光從水或玻璃射向氣泡時，一部分光在分界面上發生了全反射

活動三：全反射應用——光導纖維

引導：激光筆發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。

現象：用激光照射一根彎曲的細玻璃棒，可以看到光線從玻璃棒的一端進入后，在玻璃棒的內地多次發生全反射，沿著路線傳播。最終從棒的另一端傳了出來。（播放動圖展示）

分析：這是由于玻璃相對于空氣而言是光密介質，當光線在玻璃棒內部射到側壁上，入射角大于臨界角，就發生了全反射。

結論： 當光在有機玻璃棒內傳播時，如果從有機玻璃射向空氣的入射角大于臨界角，光會發生全反射，于是光在有機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。