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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,會根據(jù)公式確定光從介質(zhì)射入真空(空氣)時的臨界角
2、過程與方法:通過觀察演示實驗,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)度與價值觀:
(1)通過這部分知識的學(xué)習(xí),使學(xué)生對自然界中許多美好的現(xiàn)象進行充分的認識,學(xué)會用科學(xué)知識來解釋
2、自然現(xiàn)象.
(2)了解我國光纖技術(shù)的進展以及光導(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:會根據(jù)公式確定光從介質(zhì)射入真空(空氣)時的臨界角
教學(xué)難點: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,通常要同時發(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)是相對的.例如:水、空氣和玻璃三種物質(zhì)相比較,水對空氣來說是光密介質(zhì),而水對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(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,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,折射角就會增大到90°,如果入射角再增大,會出現(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,此時,會有微弱的反射光線和較強的折射光線,同時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,而折射光線越來越弱,當(dāng)入射角增大到某一角度,使折射角達到90°時,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°時的入射角叫做臨界角,用符號C表示.光從折射率為n的某種介質(zhì)射到
5、空氣(或真空)時的臨界角C就是折射角等于90°時的入射角,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)進入光疏介質(zhì);入射角等于或大于臨界角。
3、對全反射現(xiàn)象的解釋
(1)引入新課的演示實驗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,對水來說是不浸潤的,當(dāng)該球從空氣進入水中時,在其外表面上會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,會發(fā)生全反射現(xiàn)象,而正對小球看過去會出現(xiàn)一些較暗的區(qū)域,這是入射角小于臨界角的區(qū)域,明白了這個道理再來看這個實驗,學(xué)生會有另一番感受。
(2)讓學(xué)生觀察自行車尾燈
用燈光來照射尾燈時
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,或用彎曲的細玻璃棒進行演示,配合作圖來解釋現(xiàn)象:
從細玻璃棒一端射進棒內(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,玻璃棒就像一個能傳光的管子一樣。
實際用的光導(dǎo)纖維是非常細的特制玻璃絲,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.這兩個條件都是必要條件,兩個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)用在實際生活中是非常多的.在用全反射的知識解釋時,特別要注意是否滿足兩個條件。回答這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度和沒有插玻璃棒
時,光線從小孔射出時的強度。
我們都知道玻璃本來是非常堅硬的,但是有一種特制的玻璃絲,卻可以做的非常柔軟、非常細?,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……