高中物理《全反射》教學(xué)設(shè)計(jì)分析

丁延禮

教材分析和學(xué)生情況分析

“全反射”是人教版（2019）選擇性必修第一冊的內(nèi)容，教材對于本節(jié)課的安排是開篇給出“光疏介質(zhì)”“光密介質(zhì)”的定義，通過半圓形玻璃磚實(shí)驗(yàn)引出“全反射”現(xiàn)象以及“臨界角”的概念，隨后給出臨界角和折射率的關(guān)系式以及對應(yīng)習(xí)題，最后介紹了全反射棱鏡與光導(dǎo)纖維的應(yīng)用。這四部分內(nèi)容雖能做到循序漸進(jìn)，但這樣安排卻不能帶給學(xué)生直觀體驗(yàn)。學(xué)生不清楚“全反射”是什么，以往的灌輸式教學(xué)模式不能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)邏輯性不夠，過渡銜接不自然。本節(jié)課將教材實(shí)驗(yàn)情境前置，通過魔術(shù)表演“水流導(dǎo)光”引入新課，顛覆學(xué)生“先入為主”的認(rèn)知模式，再輔助實(shí)驗(yàn)演示，加以嚴(yán)密的邏輯推理，一步步帶領(lǐng)學(xué)生感受“全反射”的魅力。

此前學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了光的反射和折射，了解幾何光學(xué)基本的研究方法和相關(guān)概念，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行全反射的學(xué)習(xí)，是前面一節(jié)知識(shí)的深化和應(yīng)用。如何讓學(xué)生從“反射”“折射”過渡到“全反射”現(xiàn)象是本節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容，讓學(xué)生掌握發(fā)生全反射的條件。

教學(xué)目標(biāo)

1.理解光密介質(zhì)、光疏介質(zhì)的概念及全反射現(xiàn)象；掌握臨界角的概念和全反射條件；了解全反射的應(yīng)用。

2.用實(shí)驗(yàn)的方法，通過討論、分析過程，用準(zhǔn)確的語言歸納全反射現(xiàn)象；培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

3.培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，進(jìn)行科學(xué)態(tài)度、科學(xué)方法教育。

重點(diǎn)難點(diǎn)

重點(diǎn)：臨界角的概念及全反射條件

設(shè)計(jì)思想

本節(jié)微課的教學(xué)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了新課程理念，以培養(yǎng)和發(fā)展能力為著眼點(diǎn)，以掌握物理研究方法和物理思維方法為依據(jù)。本節(jié)主要知識(shí)內(nèi)容是全反射現(xiàn)象和全反射條件。靈活運(yùn)用推理假設(shè)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、分析歸納、比較等方法教學(xué)，使學(xué)生在獲得知識(shí)的同時(shí)，也獲得了掌握這些知識(shí)的方法。

教學(xué)設(shè)計(jì)

【課堂引入】

問題：引入實(shí)驗(yàn)：“水流導(dǎo)光”

視頻演示：往一個(gè)水管中裝滿水，用一束激光水平水管，發(fā)現(xiàn)光沿著“曲線”的水流軌跡進(jìn)行傳導(dǎo)。思考光沿直線傳播，但為何在水管中光會(huì)彎曲，讓學(xué)生帶著這個(gè)疑問開始學(xué)習(xí)新的知識(shí)——全反射現(xiàn)象?！八鲗?dǎo)光”使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突。初步體會(huì)全反射的效果。

【課堂學(xué)習(xí)】

活動(dòng)一：全反射現(xiàn)象

問題1：什么是光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)？

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

舉例：n水＜n玻璃磚，相對于玻璃磚，水是光疏介質(zhì)

n水＞n空氣，相對于空氣，水是光密介質(zhì)

問題2：什么是全反射現(xiàn)象？

引導(dǎo)：當(dāng)光從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，折射角小于入射角；

當(dāng)光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，折射角大于入射角；

當(dāng)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，在介質(zhì)交界處不僅有折射光線，同時(shí)也有反射光線。

演示實(shí)驗(yàn)：激光束射向半玻璃磚，觀察反射、折射現(xiàn)象。

設(shè)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(dāng)折射角增大到90度時(shí)，情況又如何？

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)還觀察到，折射光線越來越暗，越來越接近90o，當(dāng)入射角增大到一定值時(shí)折射光線消失，只剩下入射光線、反射光線。繼續(xù)增大入射角時(shí)，仍然觀察不到折射光線。

全反射現(xiàn)象總結(jié)：全反射條件當(dāng)光從_____光密介質(zhì)_____射向_____光疏介質(zhì)時(shí)，不斷增大入射角，_____折射_____光線越來越弱，_____反射_____光線越來越強(qiáng) ，當(dāng)入射角增大到某一角度，使折射角達(dá)到_____90°_____，這時(shí)折射光線消失，只剩下_____反射_____光線，這種現(xiàn)象稱為全反射。

活動(dòng)二：問題1：什么是臨界角？

實(shí)驗(yàn)分析：要發(fā)生全反射現(xiàn)象對入射角大小有一定的要求，我們把折射角為90°時(shí)的入射角叫做臨界角。

結(jié)論：設(shè)光從某種折射率為n的介質(zhì)設(shè)向空氣或真空時(shí)的入射角恰好是臨界角C，此時(shí)的折射角r=90°。由折射定律sinC/sinr=1/n，因?yàn)閟in90°=1，則sinC=1/n。

問題2：全反射條件是什么？

演示實(shí)驗(yàn)：觀察光從空氣射向玻璃和光從玻璃射向空氣時(shí)能否發(fā)生全反射，發(fā)生全反射的條件。

歸納：光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)不會(huì)發(fā)生全反射，光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，當(dāng)入射角大于或等于臨界角，會(huì)發(fā)生全反射。

結(jié)論：全反射的條件：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，入射角大于或等于臨界角。

問題3：現(xiàn)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(shí)，一部分光在分界面上發(fā)生了全反射

活動(dòng)三：全反射應(yīng)用——光導(dǎo)纖維

引導(dǎo)：激光筆發(fā)出的光射入一根彎曲的有機(jī)玻璃棒的一端，觀察光傳播的路徑有什么特點(diǎn)。

現(xiàn)象：用激光照射一根彎曲的細(xì)玻璃棒，可以看到光線從玻璃棒的一端進(jìn)入后，在玻璃棒的內(nèi)地多次發(fā)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(dòng)圖展示）

分析：這是由于玻璃相對于空氣而言是光密介質(zhì)，當(dāng)光線在玻璃棒內(nèi)部射到側(cè)壁上，入射角大于臨界角，就發(fā)生了全反射。

結(jié)論： 當(dāng)光在有機(jī)玻璃棒內(nèi)傳播時(shí)，如果從有機(jī)玻璃射向空氣的入射角大于臨界角，光會(huì)發(fā)生全反射，于是光在有機(jī)玻璃棒內(nèi)沿著鋸齒形路線傳播。這就是光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理。