“全反射”的教学案例

“全反射”的教学案例 ──以新课程标准和理念作为要求的教学设计 浙江省东阳市中学　徐锡梁 【教学目标】 1．知识与技能 使学生理解光的全反射现象；掌握临界角的概念和发生全反射的条件；了解全反射现象的应用；通过实验，培养学生的鉴别能力、观察能力、分析推理能力及创新思维能力。 2．过程与方法 通过演示实验，学习探究科学的方法──比较法；通过实验设计和动手实验，经历探究科学的过程，体验成功的喜悦。 3．态度与情感 通过互动实验，培养学生探究科学知识的兴趣和实事求是的科学态度；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，了解物理知识与现代科技的密切关系。 【设计思路】 本节课的重点是形成全反射的概念、掌握全反射现象的产生条件，因此这节课的设计思路有两个，一是按照物理概念的形成过程进行教学：直观实验→引导学生探索→经过分析、比较、抽象、形成假说→验证得到证实→通过概括形成概念→巩固深化。二是思路是以实验为主线。通过两个演示实验的观察、分析，揭示全反射的现象与产生条件，另外增加学生探究性实验，通过学生间的讨论、设计、动手及合作，使学生对全反射概念的理解更加准确、丰富和全面。最后通过全反射的应用性实验，开拓学生的视野。 【教学过程】 1．引入新课 教师：曾有几个在沙漠中迷路的人，突然发现前方不远处出现了城堡，于是他们就往城堡走去，但是越走离城堡越远……你们知道这是什么现象吗？有没有见过真实的蜃景？海市蜃景到底是一种什么现象呢？这就是我们今天这节课要学习的内容，下面我们用两个实验来探究。 2．新课教学 2．1 实验探究 实验1：一束激光从空气射向半圆形玻璃砖的直角边A召的圆心O。 实验2：一束激光从空气射向半圆形玻璃砖的半圆面。 两个实验的入射角都从0°增大到90°的过程中，观察两个实验并比较两个实验现象的相同点和不同点。教师演示两遍实验后，让学生分组讨论后回答，其它同学作补充。 相同点：①入射角增大，反射角增大，折射角也增大；②入射角增大，反射光强度增加，折射光强度减弱；③在半圆形界面，光的入射角皆为零度，光不偏离直线传播；而在直径AB的分界面，光偏离原直线传播。 不同点：①光从空气→玻璃，入射角＞折射角；光从玻璃→空气，入射角＜折射角；②光从空气→玻璃，同时存在反射光和折射光；③光从玻璃→空气，当入射角达到某个角度时折射角达到90°，折射光线消失。 教师引导，光射到半圆形玻璃砖的分界面，光仍沿直线传播，对我们所研究的问题是次要方面，可以不考虑，而主要考虑直角边分界面上光的传播规律。从中我们可以得出什么结论？什么是全反射现象？ 引导学生回答：①光从玻璃射入空气时，当入射角i大于或等于某一个角度时，折射角达到90°，折射光消失，只剩下反射光的现象。②临界角：光从玻璃射向空气时，当折射角达到90°的入射角。 （二）产生全反射现象的条件是什么？ 引导学生回答：①光从玻璃介质→空气介质；②入射角≥临界角。 教师强调：在实验1中，光从空气射向玻璃，虽然入射角增大，反射角和折射角都增大，反射光增强，折射光减弱，只有量变过程并没有实现质变。而在实验2中，光从玻璃射向空气，随着入射角增大，反射角和折射角增大，反射光增强，折射光减弱，这是一个量变过程；当入射角达到某一角度，即临界角时，就发生了质变，出现了全反射现象。 2．2 引思： 两个实验现象不同的原因是什么？ 学生：实验1是光从空气射入玻璃，实验2是光从玻璃射入空气。 教师：两种介质有什么不同？ 学生：空气的折射率小，玻璃的折射率大。 2．3 推广： 提问：是不是只有光从玻璃射入空气才会产生这种全反射现象？把学生分成八组，分别采用不同的实验方案进行探索。 方案1 实验器材：装有水（含稀释的牛奶）的烧杯（或烧瓶），激光，蚊香，盖子，打火机（蚊香作为空气的散射材料）。 实验过程：激光从介质1（空气）射向介质2（水）中，增大入射角，观察反射光和折射光；激光从介质2射向介质1，增大入射角，观察反射光和折射光。 方案2 与[方案1）类同，将烧杯中的介质2分别改为色拉油和硫代硫酸钠溶液。 方案3 与方案1类同，将烧杯中的介质1改为色拉油，介质2改为含稀释牛奶的水。 方案4 实验器材：装有汽油的圆形水槽，圆形的白纸，激光。 实验现象：激光从水槽底部以不同的入射角从汽油射向空气（在油的上面浮着一张白纸），会从白纸上发现亮斑在一定的圆形范围内出现。 各组学生回答并归纳产生全反射现象的条件是什么？ 引导学生回答：光从折射率大的介质射入折射率小的介质，且光的入射角大于或等于某个临界角时，能产生全反射。 教师：把折射率大的介质叫做光密介质，把折射率小的介质叫做光疏介质。在上面的实验中，水相对于空气是光密介质，相对于色拉油是光疏介质，因而光密介质光疏介质也是相对的。 2．4 结论 全反射现象：光从光密介质射向光疏介质时，折射光消失，只剩下反射光的现象。 产生全反射的条件： ①光从光密介质→光疏介质； ②入射角≥临界角。 2．5 理论推导 由折射定律得：，得出。 当时，； 当时，即得到光从介质射向空气时临界角的计算公式为。 2．6 应用 演示带有玻璃丝的灯能装饰我们的房间，五彩缤纷，弯曲的玻璃管能传播光，弯曲的玻璃丝能传送图象、数字及声音信号，这是全反射在日常生活和高科技中的应用之一：光导纤维。 演示水中的试管（烧瓶）看上去特别明亮，在管内倒入水后，则无此现象。原来，光从水进入空气发生了全反射，而不是光从水进人玻璃发生了全反射。从而也说明了水中（或者玻璃中）的气泡看上去特别明亮的道理。 【教学反思】 本节课按照学生的认知规律进行教学，两个实验的对比容易反映出全反射现象及其产生的条件，并从尽可能多的动手实验中，合作归纳出全反射概念。使学生体会到人们探索自然规律的过程：提出假设──实验验证──得出结论──再提出假设。教学表明，这样做有利于学生理解全反射概念，获得概念形成的方法，整个教学过程既符合新课程的三维目标，也体现了新课程的理念：注重科学探究，提倡学习方式多样化；突出从生活走向物理，从物理走向社会。众多来源于生活的事例、图片，有利于提高学生的学习兴趣，为课后的自主性学习打下基础；也能促进学生的交流与合作，培养学生团体协作精神。