知识目标 (1)理解光的全反射现象;
(2)掌握临界角的概念和发生全反射的条件;
(3)了解全反射现象的应用.
能力目标 通过观察演示实验,理解光的全反射现象,概括出发生全反射的条件,培养学生的观察、概括
能力;通过观察演示实验引起学生思维海洋中的波澜,培养学生透过现象分析本质的
方法、
能力.
德育目标 渗透学生爱科学的
教育,培养学生学科学、爱科学、用科学的习惯,生活中的
物理现象很多,能否用科学的理论来解释它,更科学的应用生活中常见的仪器、物品.
重点是掌握临界角的概念和发生全反射的条件,折射角等于90°时的入射角叫做临界角,当光线从光密介质射到它与光疏介质的界面上时,如果入射角等于或大于临界角就发生全反射现象.
全反射的应用,对全反射现象的解释.光导纤维、自行车的尾灯是利用了全反射现象制成的;海市蜃楼、沙漠里的蜃景也是由于全反射的原因而呈现的自然现象.
引导探究
实验与计算机相结合
1.全反射现象演示仪,接线板,烟雾发生器,火柴,产生烟雾的烟雾源,半圆柱透明玻璃(半圆柱透镜),弯曲的细玻璃棒(或光导纤维).
2.烧杯,水,蜡烛,火柴,试管夹、镀铬的光亮铁球(可夹在试管夹上).
3.自行车尾灯(破碎且内部较完整).
4.直尺.
教学环节
演示Ⅰ将光亮铁球出示给学生看,在阳光下很刺眼,将光亮铁球夹在试管夹上,放在点燃蜡烛上熏黑,将试管夹和铁球置于烛焰的内焰进行熏制,一定要全部熏黑,再让学生观察.然后将熏黑的铁球浸没在盛有清水的烧杯中,现象发生了,放在水中的铁球变得比在阳光下更亮.好奇的学生误认为是水泡掉了铁球上黑色物,当老师把试管夹从水中取出时,发现熏黑的铁球依然如故,再将其再放入水中时,出现的现象和前述一样,学生大惑不解,让学生带着这个疑问开始学习新的知识--全反射现象.
1.全反射现象.
光传播到两种介质的界面上时,通常要同时发生反射和折射现象,若满足了某种条件,光线不再发生折射现象,而全部返回到原介质中传播的现象叫全反射现象.
那么满足什么条件就可以产生全反射现象呢?
2.发生全反射现象的条件.
(1)光密介质和光疏介质.
对于两种介质来说,光在其中传播速度较小的介质,即绝对折射率较大的介质,叫光密介质,而光在其中传播速度较大的介质,即绝对折射率较小的介质叫光疏介质,光疏介质和光密介质是相对的.例如:水、空气和玻璃三种物质相比较,水对空气来说是光密介质,而水对玻璃来说是光疏介质,根据折射定律可知,光线由光疏介质射入光密介质时(例如由空气射入水),折射角小于入射角;光线由光密介质射入光疏介质(例如由水射入空气),折射角大于入射角.
既然光线由光密介质射入光疏介质时,折射角大于入射角,由此可以预料,当入射角增大到一定程度时,折射角就会增大到90°,如果入射角再增大,会出现什么情况呢?
演示Ⅱ将半圆柱透镜的半圆一侧靠近激光光源一侧,使直平面垂直光源与半圆柱透镜中心的连线,点燃烟雾发生器中的烟雾源置于激光演示仪中,将接线板接通电源,打开激光器的开关.一束激光垂直于半圆柱透镜的直平面入射,让学生观察.我们研究光从半圆柱透镜射出的光线的偏折情况,此时入射角0°,折射角亦为零度,即沿直线透出,当入射角增大一些时,此时,会有微弱的反射光线和较强的折射光线,同时可观察出反射角等于入射角,折射角大于入射角,随着入射角的逐渐增大,反射光线就越来越强,而折射光线越来越弱,当入射角增大到某一角度,使折射角达到90°时,折射光线完全消失,只剩下反射光线.这种现象叫做全反射.
(2)临界角C.折射角等于90°时的入射角叫做临界角,用符号C表示.光从折射率为n的某种介质射到空气(或真空)时的临界角C就是折射角等于90°时的入射角,根据折射定律可得:
(3)发生全反射的条件.
①光从光密介质进入光疏介质;
②入射角等于或大于临界角.
3.对全反射现象的解释.
(1)引入新课的演示实验Ⅰ.被蜡烛熏黑的光亮铁球外表面附着一层未燃烧完全的碳蜡混和物,对水来说是不浸润的,当该球从空气进入水中时,在其外表面上会形成一层很薄的空气膜,当有光线透过水照射到水和空气界面上时,会发生全反射现象,而正对小球看过去会出现一些较暗的区域,这是入射角小于临界角的区域,明白了这个道理再来看这个实验,学生会有另一番感受.
(2)让学生观察自行车尾灯.用灯光来照射尾灯时,尾灯很亮,也是利用全反射现象制成的仪器.在讲完全反射棱镜再来体会它的原理就更清楚了.可先让学生观察自行车尾灯内部的结构,回想在夜间看到的现象.引导学生注意生活中的物理现象,用科学知识来解释它,从而更好的利用它们为人类服务.
(3)用激光演示仪的激光光源演示光导纤维传播光的现象,或用弯曲的细玻璃棒进行演示,配合作图来解释现象:
从细玻璃棒一端射进棒内的光线,在棒的内壁多次发生全反射,沿着锯齿形路线由棒的另一端传了出来,玻璃棒就像一个能传光的管子一样.
实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝,直径只有几μm到100μm左右,而且是由内心和外套两层组成的,光线在内心外套的界面上发生全反射,如果把光导纤维聚集成束,使其两端纤维排列的相对位置相同,这样的纤维就可以传递图像.
(4)让学生阅读大气中的光现象--蒙气差,海市蜃楼,沙漠里的蜃景.
1.全反射现象是非常重要的光学现象之一,产生全反射现象的条件是:①光从光密介质射到它与光疏介质的界面上,②入射角等于或大于临界角.这两个条件都是必要条件,两个条件都满足就组成了发生全反射的充要条件.
2.全反射的应用在实际生活中是非常多的.在用全反射的知识解释时,特别要注意是否满足两个条件.回答这类问题要注意逻辑推理,一般是依据条件要叙述清楚,根据要给充分,结论要简明.
3.为了给后面全反射棱镜的学习打基础.临界角是几何光学中一个非常重要的概念,但在
高中阶段不深入讨论临界的情况.
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