第四章 光的折射
三、光的全反射
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、启发学生积极思维，锻炼学生的语言表达能力。
4、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
难点：全反射现象的应用
设计思想
本节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。通过师生的双边活动，充分调动学生的积极性，使学生主动地和教师、教材、同学进行信息交流，形成了一种和谐、积极参与的教学气氛。
教学资源 《光的全反射》多媒体课件
教学设计
【课堂引入】
问题：将光亮铁球出示给学生看，在阳光下很刺眼，将光亮铁球夹在试管夹上，放在点燃蜡烛上熏黑，将试管夹和铁球置于烛焰的内焰进行熏制，一定要全部熏黑，再让学生观察．然后将熏黑的铁球浸没在盛有清水的烧杯中，现象发生了，放在水中的铁球变得比在阳光下更亮．好奇的学生误认为是水泡掉了铁球上黑色物，当老师把试管夹从水中取出时，发现熏黑的铁球依然如故，再将其再放入水中时，出现的现象和前述一样，学生大惑不解，让学生带着这个疑问开始学习新的知识——全反射现象。
【课堂学习】
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。
问题2：什么是全反射现象？
演示实验：激光束射向半玻璃砖，观察反射、折射现象。
设疑：如果入射角变大，反射光线和折射光线可能怎么变化呢？
学生猜想：
①反射光，折射光全部消失。
②反射光消失，只有折射光线。
③折射光线消失，只有反射光线。
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讨论推理：第一种假设是不合理的，因为光传播的是能量，若反射光线折射光线全部消失显然违反能量守恒观点。
第二种假设也不能成立，在学习反射定律时，知道，不论透明还是不透明物体都要反射一部分射到它表面的光，所以必定有反射光线存在。
第三种假设有可能存在。
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。
分析总结：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。
师生互动：通过实验我们观察到第三种假设在一个特定的条件下是可能成立的，象这种只有反射光线而折射光线消失的现象是全反射现象。
学习活动二：全反射条件
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。
学生推导：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。
分析归纳：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。
得出结论：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：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2 m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= h≈1.76 m.
问题4：自然界中存在哪些全反射现象？
全反射现象是在特定条件下光的传播在两种介质界面上发生的特殊现象，在自然界中却是常见的光学现象。例如玻璃中的气泡看起来特别明亮，神秘的海市蜃楼和沙漠蜃景都是由光的全反射现象产生的。
学习活动三：全反射的应用
问题1：全反射现象在生产生活中有哪些应用？
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物理学的研究给予我们解释自然现象方法，同时也启迪人们应用物理规律来改造自然，造福人类。医学上被广泛应用的光导纤维窥镜就是用全反射原理制成的。
l 光导纤维
播放医生利用光导纤维检测病人身体的视频。（让学生知道物理与生活联系很紧密，提高学生学习的兴趣）光导纤维是利用什么原理？
演示实验：观察光导纤维对光的作用，结合所观看视频。
学生介绍：学生通过课前查阅有关资料，介绍光导纤维。
多媒体：介绍光纤通讯，进行爱国主义教育。
l 全反射棱镜
【课堂小结】
问题1：什么是光密介质和光疏介质？
问题2：什么是全反射现象？
问题3：全反射条件是什么？
问题4：全反射有哪些应用？
【板书设计】
第三节 光的全反射
一、光疏介质与光密介质
二、全反射
1、现象：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度，使折射角达到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。
2、临界角：折射角等于90°（或折射光线恰好消失)时的入射角叫临界角。
3、发生条件：
（1）光由光密介质进入光疏介质；
（2）入射角大于或等于临界角。
三、应用：光导纤维，全反射棱镜
课堂反馈
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
2．光在某种介质中的传播速度为1.5×108 m/s，则光从此介质射向真空时发生全反射的临界角是 （ ）
A．15° B．30° C．45° D．60°
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。
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 （ ）
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A．27° B．42° C．48° D．90°
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 （ ）
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
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 （ ）
A．n1＞n2，小于某一值
B．n1＜n2，大于某一值
C．n1＞n2，大于某一值
D．n1＜n2，小于某一值
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______。
参考答案：
1、C 2、B 3、甲 乙 甲 4、D 5、BCD 6、A 7、/2
课后测评
1．甲在岸上，乙潜入清澈的水中，二人互相对看，甲、乙看到对方的头部位置是( )
A．都比实际位置高
B．都比实际位置低
C．甲看乙低，乙看甲高(与实际位置比较)
D．甲看乙高，乙看甲低(与实际位置比较)
2．单色光在真空中的传播速度是c，波长为λ0，在水中的传播速度是v，波长为λ，水对这种单色光的折射率为n.当这束单色光从空气斜射入水中时，入射角为θ1，折射角为θ2，下列说法中正确的是( )
A．v＝，λ＝λ0
B．λ0＝nλ，v＝c
C．v＝cn，λ＝λ0
D．λ0＝，v＝c
3. 主截面为等边三角形的三棱镜，临界角为45°，光线从它的一面垂直入射，在图所示的a，b，c三条出射光线中正确的是( )
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w.w.w.k.s.5.u.c.o.m A．a B．b C．c D．都不正确
4．如图①所示，在平静的水面下有一个点光源S，它发出的两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，该区域的中间为一圆形的由ab两种单色光所构成的复色光区域，周边为一环状区域．且为a光的颜色(见图②)．则以下说法中正确的是( )
A．水对a光的折射率比b光大
B．a光在水中的传播速度比b光小
C．a光的频率比b光小
D．a光在水中的传播频率比在空气中小
5．光线从真空中入射到一块平行透明板上，入射角为40°，则反射光线和折射光线的夹角可能是( )
A．小于40°
B．在40°到100°之间
C．大于40°
D．在100°到140°之间
6.如下图所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为r，外圆半径为R，R＝r.现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出．设透明柱体的折射率为n，光在透明柱体内传播的时间为t，若真空中的光速为c，则( )
A．n可能为 B．n可能为2
C．t可能为 D．t可能为
7．黄、红、绿三种单色光从介质中以相同的入射角到达介质和空气的界面，若黄光恰好发生全反射，则( )
A．绿光一定能发生全反射
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B．红光一定能发生全反射
C．绿光在该介质中波长最短
D．只有红光从介质进入空气
8．某有线制导导弹发射时，在导弹发射基地和导弹间连一根细如蛛丝的特制光纤，它双向传输信号，能达到有线制导作用．光纤由纤芯和包层组成，其剖面如图，其中纤芯材料的折射率n1＝2，包层折射率n2＝，光纤长度为3 km.(已知当光从折射率为n1的介质射入折射率为n2的介质时，入射角θ1、折射角θ2间满足关系：n1sinθ1＝n2sinθ2)
(1)试通过计算说明从光纤一端入射的光信号是否会通过包层“泄漏”出去；
(2)若导弹飞行过程中，将有关参数转变为光信号，利用光纤发回发射基地经瞬间处理后转化为指令光信号返回导弹，求信号往返需要的最长时间．
参考答案：
1、A 2、B 3、B 4、C 5、C 6、AB 7、ACD 8、(1)不会 (2)8×10－5s
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