高二物理光的偏振教學設計
目標
(1)理解光的全反射現象;
(2)掌握臨界角的概念和發生全反射的條件;
(3)了解全反射現象的應用.
目標 通過觀察演示實驗,理解光的全反射現象,概括出發生全反射的條件,培養的觀察、概括;通過觀察演示實驗引起海洋中的波瀾,培養透過現象分析本質的、.
德育目標 滲透學生愛科學的,培養學生學科學、愛科學、用科學的習慣,生活中的現象很多,能否用科學的理論來解釋它,更科學的應用生活中常見的儀器、物品.
重點是掌握臨界角的概念和發生全反射的條件,折射角等于90°時的入射角叫做臨界角,當光線從光密介質射到它與光疏介質的界面上時,如果入射角等于或大于臨界角就發生全反射現象.
全反射的應用,對全反射現象的解釋.光導纖維、自行車的尾燈是利用了全反射現象制成的;海市蜃樓、沙漠里的蜃景也是由于全反射的原因而呈現的自然現象.
引導探究
實驗與計算機相結合
1.全反射現象演示儀,接線板,煙霧發生器,火柴,產生煙霧的煙霧源,半圓柱透明玻璃(半圓柱透鏡),彎曲的細玻璃棒(或光導纖維).
2.燒杯,水,蠟燭,火柴,試管夾、鍍鉻的光亮鐵球(可夾在試管夾上).
3.自行車尾燈(破碎且內部較完整).
4.直尺.
教學環節
演示Ⅰ將光亮鐵球出示給學生看,在陽光下很刺眼,將光亮鐵球夾在試管夾上,放在點燃蠟燭上熏黑,將試管夾和鐵球置于燭焰的內焰進行熏制,一定要全部熏黑,再讓學生觀察.然后將熏黑的鐵球浸沒在盛有清水的燒杯中,現象發生了,放在水中的鐵球變得比在陽光下更亮.好奇的學生誤認為是水泡掉了鐵球上黑色物,當把試管夾從水中取出時,發現熏黑的鐵球依然如故,再將其再放入水中時,出現的現象和前述一樣,學生大惑不解,讓學生帶著這個疑問開始新的知識--全反射現象.
1.全反射現象.
光傳播到兩種介質的界面上時,通常要同時發生反射和折射現象,若滿足了某種條件,光線不再發生折射現象,而全部返回到原介質中傳播的現象叫全反射現象.
那么滿足什么條件就可以產生全反射現象呢?
2.發生全反射現象的條件.
(1)光密介質和光疏介質.
對于兩種介質來說,光在其中傳播速度較小的介質,即絕對折射率較大的介質,叫光密介質,而光在其中傳播速度較大的介質,即絕對折射率較小的介質叫光疏介質,光疏介質和光密介質是相對的.例如:水、空氣和玻璃三種物質相比較,水對空氣來說是光密介質,而水對玻璃來說是光疏介質,根據折射定律可知,光線由光疏介質射入光密介質時(例如由空氣射入水),折射角小于入射角;光線由光密介質射入光疏介質(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射入光疏介質時,折射角大于入射角,由此可以預料,當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,會出現什么情況呢?
演示Ⅱ將半圓柱透鏡的半圓一側靠近激光光源一側,使直平面垂直光源與半圓柱透鏡中心的連線,點燃煙霧發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.一束激光垂直于半圓柱透鏡的直平面入射,讓學生觀察.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,當入射角增大一些時,此時 高中政治,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的某種介質射到空氣(或真空)時的臨界角C就是折射角等于90°時的入射角,根據折射定律可得:
(3)發生全反射的條件.
①光從光密介質進入光疏介質;
②入射角等于或大于臨界角.
3.對全反射現象的解釋.
(1)引入新課的演示實驗Ⅰ.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,當有光線透過水照射到水和空氣界面上時,會發生全反射現象,而正對小球看過去會出現一些較暗的區域,這是入射角小于臨界角的區域,明白了這個道理再來看這個實驗,學生會有另一番感受.
(2)讓學生觀察自行車尾燈.用燈光來照射尾燈時,尾燈很亮,也是利用全反射現象制成的儀器.在講完全反射棱鏡再來體會它的原理就更清楚了.可先讓學生觀察自行車尾燈內部的結構,回想在夜間看到的現象.引導學生注意生活中的物理現象,用科學知識來解釋它,從而更好的利用它們為人類服務.
(3)用激光演示儀的激光光源演示光導纖維傳播光的現象,或用彎曲的細玻璃棒進行演示,配合作圖來解釋現象:
從細玻璃棒一端射進棒內的光線,在棒的內壁多次發生全反射,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,而且是由內心和外套兩層組成的,光線在內心外套的界面上發生全反射,如果把光導纖維聚集成束,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)讓學生閱讀大氣中的光現象--蒙氣差,海市蜃樓,沙漠里的蜃景.
1.全反射現象是非常重要的光學現象之一,產生全反射現象的條件是:①光從光密介質射到它與光疏介質的界面上,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生全反射的充要條件.
2.全反射的應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,一般是依據條件要敘述清楚,根據要給充分,結論要簡明.
3.為了給后面全反射棱鏡的學習打基礎.臨界角是幾何光學中一個非常重要的概念,但在階段不深入討論臨界的情況.
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