（2021新人教版）高中物理选修性必修第一册第四章 光（课件＋教案＋学案）.zip

1、光的折射光的折射 【学习目标学习目标】 掌握光的折射定律、折射率。 【学习重点学习重点】 光的折射定律、折射率。 【学习难点学习难点】 如何利用折射定律，折射率与光速的关系，以及光路可逆的知识解决相关问题。 【学习过程学习过程】 一/自主学习 1光的直线传播 （1）光源：能够自行发光的物体。光源可以把其它形式的能转化为光能。 （2）介质：能够传播光的物质。 （3）光直线传播的条件：光在同种均匀介质中传播。例如光在密度不均匀的大气中传播时， 大气的折射率发生变化，则光线的路径将发生弯曲而不再沿直线传播， “蒙气差” 、 “海市蜃楼” 现象都证明了这一点。 （4）光线：它是根据光的直线传播规律定义

2、出来的，它是细光束的抽象，是一种理想模 型，实际并不存在。 （5）光速：在真空中的传播速度，光在任何介质中的传播速度都小于 。 smc/103 8 c （6）本影和半影：影：影是自光源发出并与投影物体表面相切的光线在背光面的后方 围成的区域。本影：光源在投影物体后形成的光线完全不能到达的区域。半影：发光面 较大的光源在投影物体后形成的只有一部分光照射的区域。日食和月食：人位于月球的本 影区内能看到日全食，位于月球的半影区内能看到日偏食，位于月球本影区的延伸区域（即 “伪本影”区，实际属于半影区）能看到日环食，因此地球上不同区域的人可同时分别看到 日全食和日偏食或日环食和日偏食；当月球反光面部分

3、或全部位于地球的本影区时，人类分 别能看到月偏食或月全食。 2光的反射 （1）反射定律：反射光线跟入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居在 法线两侧，反射角等于入射角。 （2）平面镜成像：成像特点：正立、等大的虚像，像和物关于平面镜对称。作图： 依据反射定律作图；依据物像对称性作图。 （3）漫反射现象中的每一条光线仍然符合反射定律。 3光路可逆 （1）平面镜能够改变光的传播方向，但不能改变光束的性质。平面镜所成的像对物而言 是左右倒置的。 （2）平面镜成像的作图技巧：先根据平面镜成像有对称性的特点，确像点的位置，再补 画入射光线与反射光线，还需注意，镜后的反向延长线要画虚线，虚线不

4、加箭头。 （3）确定平面镜成像的观察范围的方法：若要看到平面镜中的像，则需借助边界光线， 边界光线的公共部分，即为完整像的观察范围。 （4）光速很快在短距离的传播时间可以根据题意忽略不计。 二、小试牛刀 1以下说法正确的是（ ） A在漫反射中，每一条光线不一定都遵从反射定律 B如果甲能从平面镜中看到乙的眼睛，那么乙也一定能从平面镜中看到甲的眼睛 C光束被平面镜反射，若入射光束不变，镜面绕过入射点平行镜面的轴转动 角，则 反射光束将转动 2 角 D潜水员从水下看到游泳池边上人头的位置比实际位置低 2在较高的日光灯下看一支钢笔在桌面上的投影时，会发现随着钢笔逐渐向日光灯靠近， 投影逐渐模糊不清了，

5、这是由于（ ） A发生了明显的衍射现象 B桌面后来未处于钢笔的影区 C桌面后来未处于钢笔的本影区 D桌面后来未处于钢笔的半影区 3如图 16-7 所示， M 是平面镜，当一个人由 A 点出发以 2m/s 的速 度作匀速直线运动时，有关它的像的移动速度，下列说法正确的是（ ） A若人沿 AO 方向运行，则像速大小也是 2m/s B若人沿 AB 方向运行，则像对人的速度是 4m/s C若人沿 AB 方向运行，则像对人的速度是 2m/s D若人不动，平面镜以沿 OA 方向大小为 2m/s 的速度向 A 靠近，则像速为 4m/s 4小球以速率 v 沿水平面做匀速直线运动，要使小球在平面镜中的像也以速率

6、 v 向上做 图 16-7 O B M A 30o 匀速运动，则平面镜的放置方法是（ ） A在球前方，平面镜反射面与水平面成 135 角 B在球前方，平面镜反射面与水平面成 45 角 C在球后方，平面镜反射面与水平面成 135 角 D在球后方，平面镜反射面与水平面成 45 角 5一立方体房间，一侧壁中央装有一平面镜，站在地面中央，眼睛位于立方体中央的人， 恰能从镜中看到背后墙的全像，则平面境与对面墙的面积之比为 。 6一人肩宽 40cm，两眼间距 6cm，足够长的平面镜至少 cm 宽， 此人可在镜中看 到自己的全身像。 7如图 16-8 所示，激光液面控制仪的原理是：固定一束激光 AO 以入射

7、角 i 照射液面，反射光 OB 射到水平光屏上，屏上用光电管将光 讯号变成电讯号，电讯号输入控制系统用以控制液面高度，如果发现 光点在屏上向右移动了 s 的距离射到点，由此可知液面降低了 B 。 8如图 16-9 所示，平面镜与 x 轴平行放置，其两端的坐标分 别为（-2，2） ， （0，2） ，人眼位于 x 轴上+2 处。当发光点 P 从坐 标原点 O 沿 x 轴负方向运动到 区间，人眼可以从平面镜 中看到 P 点的像。 9图 16-10 中 A 是不透明的障碍物，M 是平面镜，S 是点光源， 请画图确定 A 右侧 S 不能直接照到，而通过 M 的反射能照亮的区域， 并用阴影表示。 10某人

8、在湖边的一平台上观测气球，平台高出平静湖面 h 米（人自身高度可略去）他 看到空中气球时，仰角为 300，他看湖中气球倒影时，俯角是 600，求此气球静止在距湖面多 高的空中？ 11图 16-11 是探照灯正在水平面内以 O 点为圆心做匀角速转动， =0.05rad/s，AB 是一堵墙，探照灯距墙的垂直距离 d=50m。某时刻 B A A O i 图 16-8 x x - 2 x - 1 x 2 x 1 x O x y x - 6 x - 5 x - 4 x - 3 x 4 x 3 x 2 x 1 x 图 16-9 图 16-10 M S A B O S 图 16-11 A d C DN M

9、B A v 图 16-12 灯光恰好垂直投射到墙面上形成光斑，从这一时刻开始，求 20/3 秒时刻亮斑在墙上移动的 即时速度。 12如图 16-12 所示，蜡烛 AB 置于平板玻璃 MN 前 1m 处。紧靠 MN 背后有与 AB 等高的蜡 烛 CD现使 CD 以 2m/s 的速度向右匀速移动，要在 2s 时，能从玻璃的左侧透过玻璃看到右 侧只有一支蜡烛，则必须同时使玻璃 MN 由静止开始以多大的加速度向右做匀加速运动？ 13赤道上一位观察者在日落两小时后发现他正上方天空中的一颗卫星正好消失。已知 地球半径为 R，试求此卫星此时距地面的高度。 14如图 16-13 所示，一发光点 S 从 A 点

10、沿 AB 连线方向做匀速直 线运动，速率，与出发点 A 相距 L=3m 处有一垂直于纸面的 smv/3 轴 O，垂直于 AB，平面镜 MN 可绕 O 轴旋转，为使发光点 S 经平面镜 OA 成像始终处于与 AB 平行的 PO 连线上，试求时间 t=1s 后平面镜转过的 角度。 【答案】 1BC 2C 3ACD 4AD 51：9 6177 8 ctgis 2 1 26X 9如图 2 102h 1110m/s 12 2 /75 . 0 sm 1314 3 332 15 O P N M v B A 图 16-13 图 2 M S S 光的折射光的折射 【教学目标教学目标】 知识与技能： 1、了解光的

11、折射现象。 2、了解光从空气射入水中或其他介质中时的偏折现象。 3、了解光在发生折射时，光路的可逆性。 过程与方法： 1、通过观察，认识折射现象。 2、体验由折射引起的错觉。 情感态度与价值观： 初步领略折射现象的美妙，获得对自然现象的热爱、亲近的情感。 【教学重点教学重点】 1. 折射定律的应用以及对光的折射率的理解； 2. 用光的折射规律解释生活中的现象。 【教学准备教学准备】 激光笔，玻璃砖，香，火柴，墨水，鱼缸，铅笔，水杯，量角器，笔，纸，直尺，钢笔。 【教学过程教学过程】 新课引入：大家看这个鱼缸，我现在用激光笔照亮空鱼缸底下的 A 点, 然后我往鱼缸里 倒水，然后回有什么样的现象发

12、生呢？ 学生可能回答：光线反射走了，照不到 A 点。 学生可能回答：光还是能照亮 A 点。 学生可能回答：光折射后，还是照到 A 点。 让我们来验证一下。到底会出现哪种情况呢？ 演示试验：激光笔先垂直照亮空鱼缸底部的 A 点，然后慢慢往鱼缸里倒水（已经滴入几 滴墨水的水），激光笔仍能照亮鱼缸底部的 A 点。（且光线没有发生偏折） 学生产生疑问：光在水面应该发生发射，为什么光线没有反射走，而是进入到水中了呢？ 学生讨论可能得出的结论： 1、光也发生了反射现象，只是反射光线和入射光线重合了。 2、激光是一束光线，不是一条光线，部分发生了发射现象，部分进入了水中。 教师启发：怎么样才能验证大家的讨论

13、的结果呢，大家设计个试验 学生设计试验：让光线斜射如水中，让反射光线不和入射光线重合。 试验现象：在反射的位置上看见了激光的虚像 意外的试验现象：射入水中的光线的传播方向发生了偏折。 引出题目：我们就把这种光的传播方向发生的现象叫做“光的折射”。 （一）从猜想中得出结论 演示试验：玻璃杯中装满水。铅笔放入水中，看上去像断了一样。 学生解释现象：光从水中传入空气中，也发生了折射现象，沿着光传来的方向看去就看 见了铅笔的虚像，就像平面镜成虚像是相同的道理，水下的部分是铅笔虚像，水上面的部分 是真实的铅笔所以看上去铅笔就断了。 教师反问：你怎么知道光从水中射到空气中也发生偏折啊？ 学生回答：光路是可

14、逆的 教师反问：那是在反射现象中光路是可逆的，折射现象中光路也是可逆的么？ 学生肯定回答：也是可逆的，如果不是的话，铅笔就不会“断”了。 教师启发：这只是你为了解释这个现象，做出的猜测啊？你得证明它。用定理定律或者 是试验来证明你的猜测。谁来设计个试验? 设计试验：用手里的玻璃砖来代替水，先让光从空气中射入玻璃砖中，描出光的传播路 径，然后让光沿着玻璃砖中原来这射光线的方向的入射。比较光路和刚才铅笔描绘的光路是 否相同。 教师适时补充完善。 验证猜想：折射现象中，光路也是可逆的 （二）从归纳中得出条件 大家回忆下，生活都有那些现象也是光的折射现象呢 同学的可能回答一：筷子放到碗里，筷子就变弯了

15、 学生的可能回答二：吸管放进水杯中，吸管折断了 学生的可能回答三：海市蜃楼 前两种回答的时候就可以总结归纳出来：折射现象都是发生在在两种介质的条件下的。 海市蜃楼的回答的时候就可以归纳出来：同种不均匀的介质中也能发生折射。但是这种 折射现象比较特殊，在同种不均匀的空气中，发生连续折射。我们先不去考虑。 教师启发：在这些现象中，发生这些折射的共同条件是什么啊？ （可以再补充一个观察试验：让学生从正面观察玻璃砖后面的钢笔，没有发生错位现象， 强化理解斜射入的含义） 归纳出得出条件： 光从一种均匀介质斜射入到另一种介质中。 最后得出完整的光的折射概念： 光从一种均匀介质斜射入到另一种介质中时。传播方

16、向一般会发生改变的现象叫做光的 折射。 教师介绍定义，入射光线，入射角，法线，折射光线，折射角。 （三）从探究中得出规律 1、折射规律 提出问题：大家有没有联想一下光的反射现象，猜想下在光的折射现象中应该会有什么 样的规律呢？ 学生可能回答 1：入射光线，法线，折射光线处于同一平面内。 学生可能回答 2：折射光线和入射光线分居法线两侧。 学生可能回答 3：入射角与折射角互余。 学生可能回答 4：入射角是折射角的 1.5 倍。 学生可能回答 5：入射角是折射角的某个倍数，不一定是 1.5 倍。 教师引导：大家设计试验来验证自己猜想。 学生设计试验： 实验 1：当向后翻折量角板时，观察不到折射光线

17、，所以三线共面。 实验 2：量角板平放在桌子上，玻璃砖的一条边和量角器的底边重合，让光线从量角器 的顶点入射，然后分别读出入射角大小和折射角大小。改变入射角，重复操作试验多次，记 录数据以便总结规律。 教师适当补充，完善。 分析数据：分析数据得到折射角和入射角并没有，相等，互余或者倍数之间的关系，但 是得到了结论 1：折射角随着入射角的增大而增大的结论；结论 2：入射角大于折射交的结论。 教师引导：如果是光从玻璃砖中射入空气中，结论 2 还能成立么？ 学生顿悟：自我否定，完善结论 2：空气中的角大。 教师引导：让我们用语言来分别描述下光的折射现象。 光从空气斜射入水中或其他介质中时，折射光线向

18、法线方向偏折。 光从水或其他介质中斜射入空气中时，折射光线向远离法线的方向偏折。 （四）在应用中巩固 隋唐演义中罗成看似河水只有齐腰深，跃入后却差点被淹死，最后被隋军乱箭射死的故 事过度到折射现象的应用水池变浅。 同样的道理，人们观察到水中的鱼的位置是如何变化的？ 学生回答，位置变高 教师提问：那么渔民叉鱼的时候也需要往鱼上方叉还是下方叉？ 学生回答：那么渔民叉鱼的时候也需要往鱼的下方叉。 做光路图巩固练习。 提出问题：大家猜想下，如果是水中的潜水员看岸上的物体，物体的位置会发生怎么样 的变化呢？ 学生根据光路可逆，猜测景物会变矮。 大家作光路图验证一下发现猜测错误，景物是变高的。 在应用中发

19、展思维； 练习二：钢笔错位 刚才练习的都是一次折射现象，下面我们就来研究下两次折射的问题。 提出问题：当我们从侧面观察“玻璃砖后面的钢笔”的时候会观察到什么现象呢？ 学生试验得出结论：钢笔错位了，或者是钢笔断了。 提出问题：钢笔始终都是错位的么？ 学生试验得出结论：正面观察的时候钢笔不错位。 学生揭示现象，光斜射入的时候才会发生折射现象，所以正面垂直观看的时候不会发生 折射现象。并画光路图解释钢笔错位的原因。 光的折射 内 容 1. 光的折射定律 2. 折射率 一、折射现象 1.定义：光从一种介质斜射进入另一种介质时 传播方向改变的现象 2. 折射定律 (1)内容：折射光线与入射光线、法线处在

20、同一平面内，折射光 线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的 正弦成正比 (2)表达式： n，式中n是比例常数 二、 折射率 (1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与 折射角的正弦的比值 (2)物理意义：折射率仅反映介质的光学特性，折射率大，说明 光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小 (3)定义式：n . 计算公式：n 对折射率的理解 (1)公式n 中，不论是光从真空射入介质，还是从 介质射入真空，1 总是真空中的光线与法线间的夹角，2总是介质中的光线与法线间的夹角 (2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关在同一种介质 中，频率越大的色光折射率

21、越大，传播速度越小，与入射角的大小无关 (3)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同在光的 折射现象中，光路是可逆的 B 练习 解析：首先作出鸟看鱼的光路图，如图所示由于是在竖直方向上看， 所以入射角很小，即图中的i和均很小，故有tan isin i，tan sin . 由图可得：h1tan htan i， hh1tan /tan ih1sin/sin i=h1/n 3 m 则鸟看水中的鱼离它： H13 m3 m6 m D 例2.一半圆柱形透明物体横截面如图所示，底面AOB镀银( 图中粗线)，O表示半圆截面的圆心，一束光线在横截面内 从M点入射，经过AB面反射后从N点射出，已知

22、光线在M点 的入射角为30，MOA60，NOB30求： (1)光线在M点的折射角； (2)透明物体的折射率 (1)如图，透明物体内部的光路为折线MPN，Q、M点相对于底面 EF对称，Q、P、N三点共线 设在M点处，光的入射角为i， 折射角为r， OMQ，MQN， 根据题意有 30 由几何关系得，MON2MQN= 90 ，于是 r 由式得r15 一、确定光线的方法 1先确定光线在界面上的入射点，然后再找光线通过的另外一 个点，通过两点确定光线 2. 根据折射定律计算折射角，确定折射线当光由光密介质 射向光疏介质时，应注意是否发生全反射 二、光的折射问题的一般解题步骤： 根据题意准确作出光路图，注

23、意作准法线 利用数学知识找到入射角和折射角 利用折射定律列方程 谢 谢 全反射全反射 【学习目标学习目标】 1知道什么是光疏介质和光密介质及相对性。 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。 4通过实验培养学生的观察能力，概括出发生全反射的条件，培养学生的观察、 概括能力。 【学习重点学习重点】 探究全反射现象；理解临界角的概念和全反射条件。 【学习难点学习难点】 全反射在实际中的运用。 【学习过程学习过程】 一、光密介质和光疏介质一、光密介质和光疏介质 1知识回顾（光的折射）：_、_ = = 情景：一束光线以相同的入射角从空气射入介质 1 和介质 2 时，若，则介 1

24、23 质 1 的折射率和介质 2 的折射率满足：_。 1212 1比较空气、水、酒精、玻璃的折射率的大小？ 2物理学中，把折射率较小的介质称为_，折射率较大的介质叫做 _。 3光疏介质和光密介质是_的，水相对空气是_，但是它相对玻 璃是_。 4根据折射定律可知，光从空气射入水中时，入射角_折射角；而光从水中 射入空气中时，入射角_折射角。由此得到一个很重要的结论：光从光疏介质射 入光密介质时，折射角_入射角，光从光密介质射入光疏介质时，折射角_ 入射角。 二、全反射二、全反射 1问题讨论：光线从空气透过半圆形玻璃砖再射入空气，下列光路图中可能正确 的是：（ ） 思考：对 C 图，若增大入射角，

25、则折射角和入射角哪个先达到 90，当折射角达 到 90时会发生什么现象，此时继续增大入射角，又会看到什么现象？ 2实验探究 将半圆形玻璃砖的半圆一侧靠近激光光源一侧，开始时激光垂直于半圆形玻璃砖 的直平面（通过圆心）入射，此时入射角 0，折射角亦为 0，即沿直线透出，当入射 角增大时，观察发生的现象。 3现象：当入射角增大到某一值时，折射光线_。此时继续增大入射角 时，只有_光线，没有_光线。 4临界角 C：折射角等于_时的入射角。 5全反射：当光从一种介质射入另一种介质，入射角增大到某一角度，折射光完 全消失，只剩反射光的现象。 6发生全反射的条件： （1）_； （2）_。 7临界角 C 与

26、折射率 n 的关系 猜想：临界角的大小可能与什么因素有关呢？ （1）在刚才的实验中如果将玻璃换成水，临界角会一样 吗？ （2）如果临界角与介质有关，那么是与介质的什么性质有关呢？（光学性质） （3）什么物理量反映介质的光学性质呢？（折射率 n） 推导： 可见，临界角的正弦值与介质的折射率_，即介质的折射率越大，临界角 越_。 三、全反射的应用三、全反射的应用 1_。 2_。 3_。 4_。 5_。 【课后练习课后练习】 1关于全反射，下列叙述正确的是（ ） A发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非常弱 B光从光密介质射向光疏介质时一定会发生全反射现象 C光从光密介质射向光疏介质时可能不发生全

27、反射现象 D光从光疏介质射向光密介质时可能发生全反射现象 答案：C 2光在某种介质中的传播速度为 1.5108m/s，则光从此介质射向真空时发生全反 射的临界角是（ ） A15B30C45D60 解析：由 n= 可得该介质的折射率 n=2，再由 sinc= 得 sinc= ，故临界角 C=30。 1 1 2 答案：B 3有两种介质，甲介质对空气的临界角为 60，乙介质对空气的临界角为 45， 则它们相比较，_介质是光疏介质，光从_介质射向_介质时有可能发 生全反射。 答案：甲 乙 甲 4玻璃的临界角为 42，如果玻璃中有一束光线射向空气，入射角略小于 42， 则在空气中折射角一定略小于（ ）

28、A27B42C48D90 答案：D 5一束光从空气射向折射率 n=的某种玻璃表面，下列说法正确的是（ ） 2 A入射角大于 45时，会发生全反射现象 B无论入射角多大，折射角都不超过 45 C欲使折射角等于 30，应以 45入射角入射 D当入射角等于 arctan时，反射光线和折射光线垂直 2 解析：光由光密介质射向光疏介质时才有可能发生全反射，故 A 错；光由空气射 向玻璃时，45的折射角对应的入射角为 90，故 B 对；由 n=可知=30时对应 sin 1 sin 2 2 的入射角=45，故 C 对；由入射角=arctan可知 tan=，即=，再由 11 2 1 2 sin 1 cos 1

29、2 折射率 n=可得=，即=90，故 D 对。 sin 1 sin 22 sin 2cos 112 答案：BCD 6光导纤维是利用光的全反射来传输光信号的。如图所示，一光导纤维内芯折射 率为 n1，外层折射率为 n2，一束光信号与界面夹角 由内芯射向外层，要在界面发生 全反射，必须满足的条件是（ ） An1n2， 小于某一值 Bn1n2， 大于某一值 Cn1n2， 大于某一值 Dn1n2， 小于某一值 解析：要使光信号在内芯与外层的界面上发生全反射，必须让内芯的折射率 n1大 于外层的折射率 n2，同时入射角须大于某一值，故应 小于某一值。 答案：A 7为了测定某种材料制成的长方体的折射率，用

30、一束光线从 AB 面以 60入射 角射入长方体时刚好不能从 BC 射出，如图所示。该材料的折射率是_。 解析：光线刚好不能从 BC 面射出，意味着光线对 BC 面的入射角刚好为临界角 C，对 AB 面，n=sin60/sin（90-C） ，对 BC 面，解得。 = 1 sin = 7 2 答案： 7 2 8某人在水面上游泳，看见水底发光体在正下方，当他向前游了 2m 时恰好看不 见发光体。求发光体距水面的深度。 （n水=4/3） 解析：如图所示，由于全反射，发光体发出的光仅能照亮以 2m 为半径的圆形水 面。 由几何关系得：sinC= 又有 sinC= ，故 h1.76m。 2 22+ 2 1

31、 2 22+ 2 = 3 4 答案：1.76m 全反射全反射 【教学目标教学目标】 一、知识与技能一、知识与技能 1知道什么是光疏介质和光密介质及相对性。 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。 4通过实验培养学生的观察能力，概括出发生全反射的条件，培养学生的观察、 概括能力。 二、过程与方法二、过程与方法 1通过实验设计和动手操作，经历科学探究的过程。 2通过演示实验，学会科学的实验方法实验探究法。 三、情感、态度与价值观三、情感、态度与价值观 1从对生活中有关物理现象的观察，渗透在探究过程中体验解决问题的成功喜悦， 激发学生探索自然规律的兴趣。 2通过互动实验，培

32、养学生探究科学知识的兴趣和实事求是的科学态度。 3通过全反射现象的应用，培养学生运用科学理论观察分析周围事物的习惯。 【教学重点教学重点】 探究全反射现象；理解临界角的概念和全反射条件。 【教学难点教学难点】 全反射在实际中的运用。 【教学过程教学过程】 一、复习提问、新课导入一、复习提问、新课导入 演示实验：奇妙的“光镀” 。 将小球放入试管中，然后将试管斜插入盛水的玻璃缸中，从水面上方观察水中的 试管，与在空气中的试管有什么区别？能看到小球吗？向试管中注入清水，又会看到 什么现象？ 演示与现象：先将小球入试管，展示给学生看，能看清试管中的小球。当试管斜 插入水中时，试管内壁好像镀了一层银，

33、小球不见了。再往试管中注入清水，小球又 重新显现。 学生通过观察奇妙的现象，提高学习兴趣，激发求知欲。 二、新课教学二、新课教学 （一）光密介质和光疏介质 1知识回顾（光的折射）：、 = sin sin = 情景：一束光线以相同的入射角从空气射入介质 1 和介质 2 时，若，则介 123 质 1 的折射率和介质 2 的折射率满足：_。 1212 引出新概念：对于两种介质来说，我们把折射率较小的介质称为光疏介质，折射 率较大的介质称为光密介质。 光疏介质与光密介质是相对的。例如：水、酒精和玻璃三种物质相比较，酒精对 水来说是光密介质，而酒精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

34、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。 （二）全反射 1发生全反射现象的条件 （1）问题讨论：光线从空气透过半圆形玻璃砖再射入空气，下列光路图中可能正 确的是：（ ） 学生讨论后请一学生回答并说明理由。 引导学生思考：对 C 图，若增大入射角，则折射角和入射角哪个先达到 90，当 折射角达到 90时会发生什么现象，此时继续增大入射角，又会看到什么现象？ （2）实验探究 演示实验 实验（一）：将半圆形玻璃砖的半圆一侧靠近激光光源一侧，开始时激光垂直于 半圆形玻璃砖的直平面（通过圆心）入射，此时入射角 0，折射

35、角亦为 0，即沿直线 透出，当入射角增大时，让学生观察发生的现象。 实验（二）：将半圆形玻璃砖的直平面一侧靠近激光光源一侧，开始时激光垂直 于半圆形玻璃砖的直平面（通过圆心）入射，光从空气入射到半圆形玻璃砖，在增大 入射角，让学生观察发生的现象。 提醒学生仔细观察，关注折射角和反射角与入射角的大小关系，折射光线、反射 光线亮度的如何变化。 现象：实验（一）中，当入射角增大到某一值时，折射光线消失。此时继续增大 入射角时，只有反射光线，没有折射光线。 引出概念： 临界角 C：折射角等于 90时的入射角。 全反射：当光从一种介质射入另一种介质，入射角增大到某一角度，折射光完全 消失，只剩反射光的现

36、象。 问题讨论： 实验（一）中，折射光线是突然消失还逐渐消失？随着入射角增大，反射光和折 射光的亮度分别发生怎样的变化？能否从能量守恒的角度加以解释。 在实验（二）中，随着入射角的增大，会发生全反射现象吗？为什么？ 能否通过上述实验归纳出发生全反射的条件？ 学生讨论后请一学生回答。 教师引导学生重点分析实验（一）中会发生全反射，而实验（二）不会发生全反 射的原因。 学生分析：实验（一）光从玻璃射入空气时，折射角大于入射角，当入射角增大 时，折射角先达到 90，此后折射光线消失，发生全反射。此过程折射光的亮度逐渐 减弱，根据能量守恒，反射光的亮度逐渐变强；实验（二）中光从空气射入玻璃，折 射角小

37、于入射角，入射角先达到 90，不可能发生全反射。 实验结论： 通过对比，从而总结出发生全反射的条件： 光从光密介质射入光疏介质； 入射角大于或等于临界角。 2临界角 C 与折射率 n 的关系 提出问题：临界角的大小可能与什么因素有关呢？ 引导学生猜想： （1）在刚才的实验中如果将玻璃换成水，临界角会一样吗？ （2）如果临界角与介质有关，那么是与介质的什么性质有关呢？（光学性质） （3）什么物理量反映介质的光学性质呢？（折射率 n） 启发学生利用恰好发生全反射的光路图（如右图）和折射率的定义式来寻找临界 角 C 与介质折射率的关系。 学生推导： = 90 = 1 = 1 可见，临界角的正弦值与介

38、质的折射率成反比，即介质的折射率越大，临界角越 小。 （三）问题研究，深化理解 1.问题（一）：在水面下方某一深度处有一个点光源，从水面上看，它照亮水面 的几何形状是_形。当光源在水中上升时，该形状的面积将_（变大、变 小或不变） 。 学生先分析讨论，并适时引导学生分析。 教师引导：从题意看，水面被照亮的部分是一个有限的区域，即有部分光无法射 出水面，那么哪些光无法射出水面，为什么？要知道被照亮的水面的形状，应尝试画 出光路图帮助分析。 （1）理论分析： 请一学生上台板画，并加以解释。 学生分析：光源发出的射向水面的光线中，入射点离中心越远的光线的入射角越 大，当入射角临界角 C 时发生全反射

39、，如图所示，只有以 R 为半径的圆形区域有折 射光线，圆形区域以外的区域没有折射光线。由于，当光源在水中上升时，h tan = 减小，R 随之减小，即亮斑面积减小。 （2）实验验证：将发光的小灯置于盛水的玻璃缸底，为了增加可视性在水面洒痱 子粉，可看到水面形成一圆形亮斑，提升发光的小灯泡，亮斑变小。 2.问题（二）：能否利用一块圆形的泡沫塑料板和一根细杆测定水的折射率？需 要测量哪些物理量？尝试做一做。 教师提示：折射率与临界角有关系，只要知道了临界角，就可知道折射率。 学生分组讨论，引导学生设计实验方案，实验步骤，分析需测量的物理量，结合 上一题的演示实验，画出光路图。 请一学生画出光路图，

40、并介绍实验方案：将细杆从圆形泡沫塑料板的圆心垂直板 面缓慢插入，眼睛从水面上方往下看，当杆的尖端恰能被看到时停止插入。细杆尖端 相当于一个光源，它发出的射向水面塑料板边缘处的光线恰好发生了全反射，圆形泡 沫塑料板面积相当于上题中被光源照亮的区域，细杆在水中的长度相当于光源的深度， 故只要测出圆形泡沫塑料板的半径 R 和细杆在水中的长度 h，即可求得不的折射率。 = 1 = 1 2+ 2 = 2+ 2 学生分组实验测出 R 和 h，由于计算较繁琐，数据处理留在课后进行。 （四）全反射的应用 1.光导纤维 播放视频：光导纤维（介绍光导纤维的结构、制作、应用及光纤通信的优点等。 ） （1）光纤通信的

41、主要优点：容量大、衰减小、抗干扰性强。 （2）光纤中的内芯折射率 n1和外套折射率 n2的关系：n1n2 介绍美籍华裔科学家高锟“光纤之父” ，由于在光纤通信方向的卓越贡献，被 授以 2009 年度诺贝尔物理学奖。 2.全反射棱镜：（截面为等腰直角三角形的棱镜） （1）全反射的应用：让学生列举日常生活中常见的全反射的应用实例：自行车尾 灯、潜望镜、望远镜等。 （2）分析棱镜反射和利用一般平面镜反射的异同，指出棱镜反射的优点。 全反射棱镜优越性：光的强度不变，反射率高，接近达到 100%，成像失真小。 （五）学以致用 问题 1：为什么水中的气泡看起来特别明亮？ 学生思考后回答：水中的气泡看起来特

42、别明亮，是因为光线从水中射向气泡时， 一部分光在界面上发生了全反射，所以看起来特别明亮，如下甲图所示。 甲 乙 丙 问题 2：解释奇妙的“光镀” 引导学生思考： （1）为什么试管斜插入水中后，从水面上方看水中的试管特别明亮，为什么看不 到小球了（如图乙）？ （学生：发生了全反射，全反射光特别强烈，小球经玻璃和水折射的光相对较弱， 故小球看不到。 ） （2）是在水与玻璃的界面还是在玻璃与空气的界面发生了全反射？ （学生：在玻璃与空气的界面发生了全反射） （3）试管中注入清水后，为什么试管中的小球重现（如图丙）？ （学生：试管中注入清水后排出空气，不再发生全反射，小球发出的光线经玻璃 和水折射进入

43、人的眼睛，故能清晰看到试管中的小球。 ） 【课后练习课后练习】 1关于全反射，下列叙述正确的是（ ） A发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非常弱 B光从光密介质射向光疏介质时一定会发生全反射现象 C光从光密介质射向光疏介质时可能不发生全反射现象 D光从光疏介质射向光密介质时可能发生全反射现象 答案：C 2光在某种介质中的传播速度为 1.5108m/s，则光从此介质射向真空时发生全反 射的临界角是（ ） A15B30C45D60 解析：由 n= 可得该介质的折射率 n=2，再由 sinc= 得 sinc= ，故临界角 C=30。 1 1 2 答案：B 3有两种介质，甲介质对空气的临界角为 6

44、0，乙介质对空气的临界角为 45， 则它们相比较，_介质是光疏介质，光从_介质射向_介质时有可能发 生全反射。 答案：甲 乙 甲 4玻璃的临界角为 42，如果玻璃中有一束光线射向空气，入射角略小于 42， 则在空气中折射角一定略小于（ ） A27B42C48D90 答案：D 5一束光从空气射向折射率 n=的某种玻璃表面，下列说法正确的是（ ） 2 A入射角大于 45时，会发生全反射现象 B无论入射角多大，折射角都不超过 45 C欲使折射角等于 30，应以 45入射角入射 D当入射角等于 arctan时，反射光线和折射光线垂直 2 解析：光由光密介质射向光疏介质时才有可能发生全反射，故 A 错；

45、光由空气射 向玻璃时，45的折射角对应的入射角为 90，故 B 对；由 n=可知=30时对应的 sin 1 sin 2 2 入射角=45，故 C 对；由入射角=arctan可知 tan=，即=，再由折射 11 2 1 2 sin 1 cos 12 率 n=可得=，即=90，故 D 对。 sin 1 sin 22 sin 2cos 112 答案：BCD 6光导纤维是利用光的全反射来传输光信号的。如图所示，一光导纤维内芯折射 率为 n1，外层折射率为 n2，一束光信号与界面夹角 由内芯射向外层，要在界面发生 全反射，必须满足的条件是（ ） An1n2， 小于某一值 Bn1n2， 大于某一值 Cn1

46、n2， 大于某一值 Dn1n2， 小于某一值 解析：要使光信号在内芯与外层的界面上发生全反射，必须让内芯的折射率 n1大 于外层的折射率 n2，同时入射角须大于某一值，故应 小于某一值。 答案：A 7为了测定某种材料制成的长方体的折射率，用一束光线从 AB 面以 60入射角 射入长方体时刚好不能从 BC 射出，如图所示。该材料的折射率是_。 解析：光线刚好不能从 BC 面射出，意味着光线对 BC 面的入射角刚好为临界角 C，对 AB 面，n=sin60/sin（90C） ，对 BC 面，解得。 = 1 sin = 7 2 答案： 7 2 8某人在水面上游泳，看见水底发光体在正下方，当他向前游了

47、 2m 时恰好看不 见发光体。求发光体距水面的深度。 （n 水=4/3） 解析：如图所示，由于全反射，发光体发出的光仅能照亮以 2 m 为半径的圆形水 面。 由几何关系得：sinC= 又有 sinC= ，故 h1.76m。 2 22+ 2 1 2 22+ 2 = 3 4 答案：1.76m 全反射 新知导入 晶莹剔透的露珠 美丽的光纤装饰 温故知新 在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的。 折射定律： 1.折射光线位于入射光线与法线所决定的平面内，折射光线和入射光线分别位于 法线两侧。 2.数学表达式：入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即 提问：折射定律的内容是什么？ 新知讲解 1.光疏介质：

48、折射率较小的介质 （1）光疏介质与光密介质是相对的。 2.光密介质：折射率较大的介质 介 质空 气水酒 精金刚石 折射率1.000281.331.362.42 （2）光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的小。 一、光疏介质和光密介质 新知讲解 3.光由光疏介质射入光密介质，折射角小于入射角 4.光由光密介质射入光疏介质，折射角大于入射角 一、光疏介质和光密介质 n1 n2 新知讲解 思考与讨论：既然光由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角。 可以预料，当入射角增大到一定程度，但还没有达到90时，折射角就 会增大到90。如果入射角再增大，会出现什么现象？ 一、光疏介质和光密介质 n1 n2

49、 新知讲解 观察全反射现象 新知讲解 光由光密介质射入光疏介质时，同时发生反射和折射，折射角大于入射角， 随着入射角的增大，反射光线越来越强，折射光线越来越弱，当折射角增大到 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。 二、全反射 1.全反射： 2.临界角（C）：折射角等于90时的入射角 3.发生全反射的条件： C 空气 介质 O （1）光由光密介质射入光疏介质； （2）入射角等于或大于临界角。 新知讲解 临界角与折射率的关系 新知讲解 二、全反射 4.光从介质射入空气（真空）的临界角： C 空气 介质 O 介 质水各种玻璃金刚石 折射率1.331.51.82.42 临界角

50、 48.8 3242 24.5 5.全反射遵从反射定律。 典例探究 【例题】在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，为什么？ 这个圆锥的顶角是多大？ 新知讲解 1.全反射棱镜：截面是等腰直角三角形 2.优点： （1）反射率高，几乎可达100%； （2）因反射面不必涂敷任何反射物质，故反射时失真小。 三、全反射棱镜 新知讲解 1.应用：精密光学仪器中，如显微镜、单反相机、望远镜 三、全反射棱镜 新知讲解 1.光导纤维： 四、光导纤维 新知讲解 1.光导纤维： 四、光导纤维 新知讲解 1.光导纤维： 四、光导纤维 （2）内窥镜： 2.应用：作为载体，传递信息 （1）光纤通信：容量大、