2022年高中物理 《全反射與光導(dǎo)纖維》教案 滬科版選修3-4

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1、2022年高中物理 《全反射與光導(dǎo)纖維》教案 滬科版選修3-4 三維教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)與技能 （1）知道什么是光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)，理解光的全反射現(xiàn)象，掌握發(fā)生全反射的條件 （2）理解臨界角的物理意義，會(huì)根據(jù)公式確定光從介質(zhì)射入真空（空氣）時(shí)的臨界角 2、過程與方法：通過觀察演示實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解到光在兩種介質(zhì)界面上發(fā)生的現(xiàn)象(反射和折射)，觀察反射光線、折射光線隨入射角的變化而變化，培養(yǎng)學(xué)生的觀察、概括能力，通過相關(guān)物理量變化規(guī)律的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生分析、推理能力。 3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀： （1）通過這部分知識(shí)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)自然界中許多美好的現(xiàn)象進(jìn)行充分的認(rèn)識(shí)，學(xué)會(huì)用科學(xué)知識(shí)來解釋

2、自然現(xiàn)象． （2）了解我國光纖技術(shù)的進(jìn)展以及光導(dǎo)纖維在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用，培養(yǎng)愛國主義熱情和科學(xué)態(tài)度． 教學(xué)重點(diǎn)：會(huì)根據(jù)公式確定光從介質(zhì)射入真空（空氣）時(shí)的臨界角 教學(xué)難點(diǎn)：理解臨界角的物理意義 教學(xué)方法：引導(dǎo)、探究 教學(xué)用具：光的折射演示器，半圓柱透明玻璃、直尺、 1、全反射現(xiàn)象 光傳播到兩種介質(zhì)的界面上時(shí)，通常要同時(shí)發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，若滿足了某種條件，光線不再發(fā)生折射現(xiàn)象，而全部返回到原介質(zhì)中傳播的現(xiàn)象叫全反射現(xiàn)象。那么滿足什么條件就可以產(chǎn)生全反射現(xiàn)象呢？ 2、發(fā)生全反射現(xiàn)象的條件 （1）光密介質(zhì)和光疏介質(zhì) 對(duì)于兩種介質(zhì)來說，光在其中傳播速度較小的介質(zhì)，即絕對(duì)折射

3、率較大的介質(zhì)，叫光密介質(zhì)，而光在其中傳播速度較大的介質(zhì)，即絕對(duì)折射率較小的介質(zhì)叫光疏介質(zhì)，光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是相對(duì)的．例如：水、空氣和玻璃三種物質(zhì)相比較，水對(duì)空氣來說是光密介質(zhì)，而水對(duì)玻璃來說是光疏介質(zhì)，根據(jù)折射定律可知，光線由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(shí)(例如由空氣射入水)，折射角小于入射角；光線由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)(例如由水射入空氣)，折射角大于入射角。 既然光線由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，折射角大于入射角，由此可以預(yù)料，當(dāng)入射角增大到一定程度時(shí)，折射角就會(huì)增大到90°，如果入射角再增大，會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？ 演示2：將半圓柱透鏡的半圓一側(cè)靠近激光光源一側(cè)，使直平面垂直光源與半圓柱透鏡中心

4、的連線，點(diǎn)燃煙霧發(fā)生器中的煙霧源置于激光演示儀中，將接線板接通電源，打開激光器的開關(guān)。一束激光垂直于半圓柱透鏡的直平面入射，讓學(xué)生觀察。我們研究光從半圓柱透鏡射出的光線的偏折情況，此時(shí)入射角0°，折射角亦為零度，即沿直線透出，當(dāng)入射角增大一些時(shí)，此時(shí)，會(huì)有微弱的反射光線和較強(qiáng)的折射光線，同時(shí)可觀察出反射角等于入射角，折射角大于入射角，隨著入射角的逐漸增大，反射光線就越來越強(qiáng)，而折射光線越來越弱，當(dāng)入射角增大到某一角度，使折射角達(dá)到90°時(shí)，折射光線完全消失，只剩下反射光線．這種現(xiàn)象叫做全反射。 （2）臨界角C 折射角等于90°時(shí)的入射角叫做臨界角，用符號(hào)C表示．光從折射率為n的某種介質(zhì)射到

5、空氣(或真空)時(shí)的臨界角C就是折射角等于90°時(shí)的入射角，根據(jù)折射定律可得： （3）發(fā)生全反射的條件：光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)；入射角等于或大于臨界角。 3、對(duì)全反射現(xiàn)象的解釋 （1）引入新課的演示實(shí)驗(yàn)1 被蠟燭熏黑的光亮鐵球外表面附著一層未燃燒完全的碳蠟混和物，對(duì)水來說是不浸潤的，當(dāng)該球從空氣進(jìn)入水中時(shí)，在其外表面上會(huì)形成一層很薄的空氣膜，當(dāng)有光線透過水照射到水和空氣界面上時(shí)，會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象，而正對(duì)小球看過去會(huì)出現(xiàn)一些較暗的區(qū)域，這是入射角小于臨界角的區(qū)域，明白了這個(gè)道理再來看這個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)有另一番感受。 （2）讓學(xué)生觀察自行車尾燈 用燈光來照射尾燈時(shí)

6、，尾燈很亮，也是利用全反射現(xiàn)象制成的儀器。在講完全反射棱鏡再來體會(huì)它的原理就更清楚了?？上茸寣W(xué)生觀察自行車尾燈內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，回想在夜間看到的現(xiàn)象。引導(dǎo)學(xué)生注意生活中的物理現(xiàn)象，用科學(xué)知識(shí)來解釋它，從而更好的利用它們?yōu)槿祟惙?wù)。 （3）用激光演示儀的激光光源演示 光導(dǎo)纖維傳播光的現(xiàn)象，或用彎曲的細(xì)玻璃棒進(jìn)行演示，配合作圖來解釋現(xiàn)象： 從細(xì)玻璃棒一端射進(jìn)棒內(nèi)的光線，在棒的內(nèi)壁多次發(fā)生全反射，沿著鋸齒形路線由棒的另一端傳了出來，玻璃棒就像一個(gè)能傳光的管子一樣。 實(shí)際用的光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲，直徑只有幾μm到100μm左右，而且是由內(nèi)心和外套兩層組成的，光線在內(nèi)心外套的界

7、面上發(fā)生全反射，如果把光導(dǎo)纖維聚集成束，使其兩端纖維排列的相對(duì)位置相同，這樣的纖維就可以傳遞圖像。 （4）讓學(xué)生閱讀大氣中的光現(xiàn)象——蒙氣差、海市蜃樓、沙漠里的蜃景。 小結(jié)： （1）全反射現(xiàn)象是非常重要的光學(xué)現(xiàn)象之一，產(chǎn)生全反射現(xiàn)象的條件是： ①光從光密介質(zhì)射到它與光疏介質(zhì)的界面上， ②入射角等于或大于臨界角．這兩個(gè)條件都是必要條件，兩個(gè)條件都滿足就組成了發(fā)生全反射的充要條件。 （2）全反射的應(yīng)用在實(shí)際生活中是非常多的．在用全反射的知識(shí)解釋時(shí)，特別要注意是否滿足兩個(gè)條件?；卮疬@類問題要注意邏輯推理，一般是依據(jù)條件要敘述清楚，根據(jù)要給充分，結(jié)論要簡明。 （3）為

8、了給后面全反射棱鏡的學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)．臨界角是幾何光學(xué)中一個(gè)非常重要的概念，但在高中階段不深入討論臨界的情。 （三）光導(dǎo)纖維 演示：光線在“模擬光纖”中的全反射。 觀察：a、玻璃棒周圍有沒有光線射出；b、從玻璃棒末端射出的光強(qiáng)度和沒有插玻璃棒 時(shí)，光線從小孔射出時(shí)的強(qiáng)度。 我們都知道玻璃本來是非常堅(jiān)硬的，但是有一種特制的玻璃絲，卻可以做的非常柔軟、非常細(xì)?，F(xiàn)在，我們將這樣的多根玻璃纖維捆綁成一束，然后，將首端的光照情況遵循某種規(guī)律，如圖3，則在纖維束的末端，會(huì)出現(xiàn)什么情況？ 1．定義：光導(dǎo)纖維是一種利用光的全反射原理制成的能傳導(dǎo)光的玻璃絲，由內(nèi)芯和外套組成，直徑只有幾微米到100微米左右，內(nèi)芯的折射率大于外套的 折射率。 應(yīng)用領(lǐng)域：醫(yī)療，通信……