高中物理 第13章光学第三节全反射教案 新人教版选修3-4.docxVIP

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高中物理第13章光学第三节全反射教案新人教版选修3-4

一、导入新课

同学们，大家好！今天我们要一起探索一个神奇的光学现象——全反射。在日常生活中，我们经常遇到光线的传播，比如太阳光穿过窗户，或者光线在镜面上反射。但你们有没有想过，当光线从一种介质进入另一种介质时，会发生什么样的变化呢？今天我们要学习的全反射，就是当光线从光密介质射向光疏介质时，入射角大于一个特定角度时，光线不会进入第二种介质，而是完全在界面上反射回来的一种现象。

首先，让我们回顾一下光的传播规律。根据斯涅尔定律，当光线从一种介质进入另一种介质时，其入射角和折射角之间有一个固定的关系。然而，当入射角逐渐增大时，折射角也会随之增大。但有一个特殊情况，当入射角达到一个特定角度时，折射角会变成90度，此时光线不会进入第二种介质，而是完全在界面上反射。这个特定的角度被称为临界角。

为了更好地理解全反射现象，我们可以通过实验来观察。例如，我们可以准备一个玻璃试管，里面装满水，然后将一根细管插入试管中。当我们将激光笔的光线从试管的一端射入，如果入射角逐渐增大，我们会观察到光线在界面上发生全反射，形成一道明亮的弧光。这个实验不仅直观地展示了全反射现象，还帮助我们理解了临界角的概念。

在了解了全反射现象和临界角之后，我们还需要进一步探讨全反射的条件。根据光学原理，全反射发生的条件有两个：一是光线必须从光密介质射向光疏介质，二是入射角必须大于临界角。这两个条件缺一不可。只有同时满足这两个条件，全反射才会发生。通过这一节课的学习，我们将深入探讨全反射的原理，并了解它在实际生活中的应用，比如光纤通信、激光技术等领域。让我们一起踏上这趟光学探索之旅吧！

二、全反射现象的观察与探究

(1)在进行全反射现象的观察与探究实验中，我们选择了实验室中的标准玻璃棱镜作为实验装置。棱镜的两个面是平行的，其中一个面镀有高反射率的金属膜。我们使用了激光笔作为光源，其波长为632.8纳米，这一波长在可见光范围内，便于观察。实验开始前，我们确保棱镜的入射面与激光束垂直，以保持入射角的一致性。

(2)实验过程中，我们记录了不同入射角下的观察结果。当入射角小于临界角时，我们可以清晰地看到光线在棱镜内部发生折射，然后从另一面射出。但当入射角逐渐增大，超过临界角后，我们观察到光线不再从棱镜的另一面射出，而是完全被反射回原介质。例如，当临界角为42度时，当入射角达到42度时，我们可以观察到全反射现象的发生。

(3)为了进一步验证全反射现象，我们进行了多次重复实验，并改变了棱镜的折射率。通过改变棱镜的厚度和材料，我们观察到临界角的变化。例如，当我们将棱镜的折射率从1.5提高到1.7时，临界角从原来的42度下降到36度。这一结果表明，临界角与介质的折射率密切相关。我们还通过计算，根据斯涅尔定律，验证了临界角与折射率之间的关系，即sinC=n2/n1，其中C为临界角，n1为入射介质的折射率，n2为折射介质的折射率。通过这些实验数据，我们不仅验证了全反射现象，还深入理解了其背后的物理原理。

三、全反射的条件及全反射定律

(1)全反射现象的发生必须满足特定的条件。首先，光线必须从光密介质射向光疏介质。这意味着光线必须从折射率较高的介质（光密介质）射向折射率较低的介质（光疏介质）。例如，光线从水（光密介质）射向空气（光疏介质）时，如果入射角大于临界角，就会发生全反射。如果光线从光疏介质射向光密介质，那么光线将发生部分反射和部分折射，而不会出现全反射。

(2)全反射的第二个条件是入射角必须大于临界角。临界角是光线刚好能够发生全反射的最大入射角。当入射角小于临界角时，光线将发生部分反射和部分折射，而当入射角大于临界角时，光线将完全在界面上反射。临界角可以通过折射定律计算得出，公式为sinC=n2/n1，其中C是临界角，n1是光密介质的折射率，n2是光疏介质的折射率。

(3)全反射定律描述了全反射现象的几个关键特性。首先，全反射发生的角度总是与入射角相等。这意味着入射光线、反射光线和法线都在同一平面内，且入射角和反射角相等。其次，全反射只发生在光密介质向光疏介质传播的过程中，且光线完全在界面上反射。此外，全反射时，入射光线的能量全部被反射，没有能量进入光疏介质。全反射定律对于理解光纤通信、光学仪器和光学传感等领域具有重要意义。通过全反射定律，我们可以精确预测和控制光线的行为，从而实现各种光学应用。

四、全反射的应用

(1)全反射现象在光纤通信技术中扮演着至关重要的角色。光纤是一种由高折射率的玻璃或塑料制成的细长纤维，用于传输光信号。在光纤中，当光线从光纤的核心进入包层时，如果入射角大于临界角，光线就会在光纤内部发生全反射，从而沿着光纤传播。这种全反射特性使得光纤能够高效地传输大量数据，而信号损耗极低