高中物理《全反射》教学设计分析

丁延礼

教材分析和学生情况分析

“全反射”是人教版（2019）选择性必修第一册的内容，教材对于本节课的安排是开篇给出“光疏介质”“光密介质”的定义，通过半圆形玻璃砖实验引出“全反射”现象以及“临界角”的概念，随后给出临界角和折射率的关系式以及对应习题，最后介绍了全反射棱镜与光导纤维的应用。这四部分内容虽能做到循序渐进，但这样安排却不能带给学生直观体验。学生不清楚“全反射”是什么，以往的灌输式教学模式不能很好地激发学生的学习兴趣，实验设计逻辑性不够，过渡衔接不自然。本节课将教材实验情境前置，通过魔术表演“水流导光”引入新课，颠覆学生“先入为主”的认知模式，再辅助实验演示，加以严密的逻辑推理，一步步带领学生感受“全反射”的魅力。

此前学生已经学习了光的反射和折射，了解几何光学基本的研究方法和相关概念，在此基础上进行全反射的学习，是前面一节知识的深化和应用。如何让学生从“反射”“折射”过渡到“全反射”现象是本节的重点内容，让学生掌握发生全反射的条件。

教学目标

1.理解光密介质、光疏介质的概念及全反射现象；掌握临界角的概念和全反射条件；了解全反射的应用。

2.用实验的方法，通过讨论、分析过程，用准确的语言归纳全反射现象；培养学生创新精神和实践能力。

3.培养学生学习物理的兴趣，进行科学态度、科学方法教育。

重点难点

重点：临界角的概念及全反射条件

设计思想

本节微课的教学设计体现了新课程理念，以培养和发展能力为着眼点，以掌握物理研究方法和物理思维方法为依据。本节主要知识内容是全反射现象和全反射条件。灵活运用推理假设、实验验证、分析归纳、比较等方法教学，使学生在获得知识的同时，也获得了掌握这些知识的方法。

教学设计

【课堂引入】

问题：引入实验：“水流导光”

视频演示：往一个水管中装满水，用一束激光水平水管，发现光沿着“曲线”的水流轨迹进行传导。思考光沿直线传播，但为何在水管中光会弯曲，让学生带着这个疑问开始学习新的知识——全反射现象。“水流导光”使学生产生认知冲突。初步体会全反射的效果。

【课堂学习】

活动一：全反射现象

问题1：什么是光密介质和光疏介质？

不同介质有不同的折射率，不同折射率的介质相比较，折射率较大的叫光密介质，折射率较小的叫光疏介质。举例说明光密介质和光疏介质是相对的。

举例：n水＜n玻璃砖，相对于玻璃砖，水是光疏介质

n水＞n空气，相对于空气，水是光密介质

问题2：什么是全反射现象？

引导：当光从光疏介质进入光密介质，折射角小于入射角；

当光从光密介质进入光疏介质，折射角大于入射角；

当光从一种介质进入另一种介质时，在介质交界处不仅有折射光线，同时也有反射光线。

演示实验：激光束射向半玻璃砖，观察反射、折射现象。

设疑：1.如果入射角变大，反射光线和折射光线可能怎么变化呢？

2.随着入射角的增大，反射光线和折射光线的亮度如何变化？

3.当折射角增大到90度时，情况又如何？

实验验证：转动光具盘，增大入射角，观察反射光线和折射光线。

分析：随着入射角逐渐增大，折射角也逐渐增大，但折射角总是大于入射角。同时还观察到，折射光线越来越暗，越来越接近90o，当入射角增大到一定值时折射光线消失，只剩下入射光线、反射光线。继续增大入射角时，仍然观察不到折射光线。

全反射现象总结：全反射条件当光从_____光密介质_____射向_____光疏介质时，不断增大入射角，_____折射_____光线越来越弱，_____反射_____光线越来越强 ，当入射角增大到某一角度，使折射角达到_____90°_____，这时折射光线消失，只剩下_____反射_____光线，这种现象称为全反射。

活动二：问题1：什么是临界角？

实验分析：要发生全反射现象对入射角大小有一定的要求，我们把折射角为90°时的入射角叫做临界角。

结论：设光从某种折射率为n的介质设向空气或真空时的入射角恰好是临界角C，此时的折射角r=90°。由折射定律sinC/sinr=1/n，因为sin90°=1，则sinC=1/n。

问题2：全反射条件是什么？

演示实验：观察光从空气射向玻璃和光从玻璃射向空气时能否发生全反射，发生全反射的条件。

归纳：光从光疏介质射向光密介质不会发生全反射，光从光密介质射向光疏介质时，当入射角大于或等于临界角，会发生全反射。

结论：全反射的条件：光从光密介质射向光疏介质，入射角大于或等于临界角。

问题3：现象解释水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮。

原因：光从水或玻璃射向气泡时，一部分光在分界面上发生了全反射

活动三：全反射应用——光导纤维

引导：激光笔发出的光射入一根弯曲的有机玻璃棒的一端，观察光传播的路径有什么特点。

现象：用激光照射一根弯曲的细玻璃棒，可以看到光线从玻璃棒的一端进入后，在玻璃棒的内地多次发生全反射，沿着路线传播。最终从棒的另一端传了出来。（播放动图展示）

分析：这是由于玻璃相对于空气而言是光密介质，当光线在玻璃棒内部射到侧壁上，入射角大于临界角，就发生了全反射。

结论： 当光在有机玻璃棒内传播时，如果从有机玻璃射向空气的入射角大于临界角，光会发生全反射，于是光在有机玻璃棒内沿着锯齿形路线传播。这就是光导纤维导光的原理。