“光的全反射”教学设计，本文主要内容关键词为：全反射论文,教学设计论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
新课标通过倡导主动学习、探究学习、协作学习等新的学习方式，来实现知识、过程和情感教学的三维目标。物理学是一门以观察、实验、探究和思维相结合的学科。学生在形成物理概念和规律，必须具备足够丰富的感性材料，而物理实验可以满足这一需要，并且让学生在协作完成实验的过程中，完成进行提出问题、实验疑惑、协作解决问题的探究，使学生在构建知识意义的同时，获得物理研究过程的理解和学习情感的体验，促进新课程理念的实现。
一、教学目标
(1)通过光的全反射实验设计和实验探究，使学生经历基本的科学探究过程，并培养学生用实验手段研究物理问题和解释物理现象的学习能力，掌握实验技能。
(2)让学生分组实验，培养学生善于观察、愉快协作、共享资源、专注和细致的优秀素质。
(3)了解全反射现象，理解全反射规律，掌握解决折射问题及全反射问题的思路方法，能灵活解决光路的问题。
(4)培养学生科学的研究态度和方法，运用全反射知识解释简单的实际问题的能力。
二、上课教具
1.烧杯、螺帽
2.全反射现象仪（带光源的一个水槽）、激光笔
3.自制全反射实验装置（一面贴有机板的水槽电池组、小电珠）
4.光导纤维应用演示器
5.学生分组实验器材
第一组：装有半瓶水的透明可乐瓶、有标记的纸
第二组：水槽、涂有炭的金属小球
第三组：水槽、玻璃试管
第四组：全反射棱镜、激光笔
第五组：弯曲的有机玻璃棒、激光笔
三、教学过程
（一）设疑引入
演示1 将一个带锈的螺帽放到平底烧杯的底部中央，往烧杯中加水，发现当水加到一定程度看不到螺帽了。
师：螺帽为何“不见”了（提示：人看到物体是由于物体发出的光线进入眼睛）
生：可能螺帽发出的光线没有从水中折射出来，而是在水中全部折回了。
生：可能螺帽发出的光线从水中折射出来且向上，没有进入眼睛。
师：带着猜想，用实验解惑。
（二）实验解惑
实验1 让一束激光从空气射向水面，作出法线，一面逆时针旋转激光笔，直到入射角达到90°，一面引导学生观察折射角的变化，是否出现光线全部折回的现象。
实验2 让一束光从水中射向空气，作出法线，一面逆时针旋转光源，直到入射角达到90°，一面引导学生观察折射角的变化，是否出现光线全部折回的现象。
师：通过实验观察到的光学现象是什么？
生：光从水中射向空气，当入射角增大到一定角度时，出现光线全部折回的现象。
光从空气射向水，无论入射角多大，不会出现光线全部折回的现象。
师：光线全部折回的现象称为全反射现象。
引导学生分析空气、水这两种介质的折射率，并查看课本中“几种介质的折射率”。光密介质：折射率较大的介质，光疏介质：折射率较小的介质。
师：怎样比较空气、水、玻璃的疏密
生：光疏和光密是相对的，根据折射率的大小比较可知：水相对于空气是光密介质，而相对于玻璃又属于光疏介质。
师：全反射现象产生的条件是什么？
生：根据实验可知：
①光必须从光密介质射向光疏介质。
②入射角等于或大于某一角度。
师：将折射角等于90°时对应的入射角C叫做临界角。
多媒体显示 如果已知某种介质的折射率为n，试求光从该种介质射向真空界面时的临界角C。
生：根据折射定律：当折射角为90度时对应的入射角C是临界角，即
。
（三）现象解释
师：根据新知识解释螺帽不见的现象
生：如图1所示，螺帽发出的一束光线射向界面，其入射角大于临界角，发生全反射，没有光线射出界面。另一束光线射到另一界面，其入射角小于临界角，则有折射光线射出，但折射光线斜向上。而同学们的眼睛位置低于水平面没有光线进入眼睛，于是就看不到螺帽。根据分析，如果我们从上往下看则可以看见螺帽。
图1
（四）巩固拓展
多媒体显示已知水的折射率为
，当在水面下
深处放一个点光源，它发出的光射向四面八方。
(1)其中射向水面的那部分光线，能照亮水面的几何形状是什么？
(2)若已知水的折射率为n，通过作图分析求出圆形亮斑半径R？当此圆形区域的直径变大时，则判断光源正在上浮还是正在下沉？
生：(1)圆形
图2
(2)如图2所示，恰好发生全反射时，入射角等于临界角，对应宽度即为圆形光斑的直径。可得：
由以上可得：D=6m，且深度增大圆直径增大，于是判断光源正在下沉。
师：实验中由于眼睛的特点我们观察不到这种现象，但如果在水面铺上一层薄纸或一块可透光的有机板，让光源射到对应面上的光发生漫反射，我们就可以看到圆斑。
生：用自制全反射实验装置验证分析正确。
（五）全反射实验设计（学生分组实验，并根据实验现象、结论，推出全反射的应用）
方案一 如图3所示，在瓶下压一张有字的纸，从瓶侧面较瓶内水平面稍低处斜向上看水面。
现象：原来清澈透明的水面好像镀银的镜面，可看到水面所映现的是另一侧面纸上的字。
分析：另一侧纸上字所发出的光线在水面与空气交界处发生了全反射。
拓展：潜水员在水中抬头看到的是水底的景象。
图3
图4
方案二 如图4所示用激光笔垂直照射全反射棱镜的直角边。
现象：光像转弯了一样，在纸屏上出现一个亮点。
解释：光在全反射棱镜的斜边上发生了全反射现象。
拓展：自行车尾灯、汽车尾灯、望远镜等原理。
方案三 涂有炭的金属小球浸入水中，水平观察小球。
现象：看到的被烟熏黑的金属小球是一个光亮的小球。
分析：金属球被熏黑是因为金属球上附着了一层黑色油烟。黑色的金属球改变颜色的原因是：水对油烟是不浸润的，当金属球放水中时，在金属球和水之间形成一层空气层（图5），当光从水（光密介质）进入空气层（光疏介质）时发生了全反射现象，这样金属球就呈现出明亮的与照射光颜色相同的颜色。
拓展：光在空气中有诸多全反射现象，如：蒙气差现象、海市蜃楼现象。
图5
图6
方案四 如图6所示，水槽装满水，斜插入空试管，在正上方观察试管；往试管里加些水，仍在正上方观察试管。
现象：空试管像镀了层银似的特别明亮，装水的部分试管无此现象
分析：空试管在水中形成一个大空气泡，光射到试管壁上发生全反射现象，这样试管壁就呈现出明亮的与照射光颜色相同的颜色，像镀了银似的。
拓展：瓶壁上的小水珠看上去特别明亮。
方案五 如图7所示，激光笔照射有机玻璃棒的一端，观察另一端。
图7
现象：光象弯曲了一样，沿弯曲的有机玻璃棒传播，在棒另一端出现了亮点。
分析：当光在有机玻璃棒内传播时，从有机玻璃棒射向空气的入射角大于临界角，发生全反射现象，于是在有机玻璃棒内多次全反射后从另端射出。
拓展：光导纤维的原理及应用。
四、拓展应用
多媒体显示 “海市蜃楼”自然奇观。
演示2 光导纤维应用演示器演示光导纤维发光、传声音和传图象的现象。
五、课后练习
1.理论分析“海市蜃楼”产生的原因。
2.上网阅读了解：光导纤维材料和技术指标以及我国光导纤维的发展。