《光的全反射》教學設計

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1、《光的全反射》教學設計 丹鳳師范 周興亞 一、教材依據(jù)： 人民教育出版社高中《物理選修3-4》第十三章第七節(jié)《全反射》 二、教學設計思想： 1、課標要求： （1）知道光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)，認識光的全反射現(xiàn)象。 （2）知道全反射棱鏡及應用，初步了解光導纖維的工作原理，認識光纖技術對社會經(jīng)濟生活的重大影響。 2、教材分析: （1）學習需要分析：光的全反射是在學生學習光的反射和光的折射定律的基礎上，進一步研究的一種重要的光現(xiàn)象，它在日常生活和科學研究方面都有廣泛的應用。是體現(xiàn)“從生活走向物理，從物理走向社會”的課程理念、突出科學探究過程教育、體現(xiàn)時代性的極好素材。通過本節(jié)課的學習

2、，學生才能對光反射和折射現(xiàn)象有一個全面的認識，并在探究過程中自覺地建構合理的知識體系，形成科學的價值判斷，從而產(chǎn)生對物理學習的愿望，形成學好物理服務社會的價值追求。 （2）學習內(nèi)容分析：光的全反射現(xiàn)象以及發(fā)生全反射的條件是本章幾何光學教學的重點，也是幾何光學教學的難點，在日常生活中常會遇到，教材將其安排在學生學習了光的反射和光的折射定律之后，是符合學生認知發(fā)展規(guī)律，有利于學生進行學習探究和知識的自主建構。本節(jié)從光的折射入手，研究了光發(fā)生全反射的條件，以及相關應用。教學中不僅要進行理論分析，還要充分利用實驗探究，讓學生獲得深刻的感性，才能掌握好全反射現(xiàn)象。臨界角概念及計算是本節(jié)的一個重點，也是

3、學生判斷能否發(fā)生全反射現(xiàn)象及對相關問題進行求解時必須涉及的物理量。首先應使學生明確臨界角是恰發(fā)生全反射時的入射角而不是折射角，其次要在設置的練習中幫助學生建立應首先畫出臨界狀況光路圖的習慣。 3、學生分析： 學生的認知特點：本屆學生學習習慣不好，尤其是動手動腦的能力和實驗探究能力較差。大多數(shù)學生的抽象思維和空間想象能力還比較低，對物理現(xiàn)象和知識的理解、判斷、分析和推理常常表現(xiàn)出一定的主觀性、片面性和表面性， 學生已經(jīng)具備的水平：學生通過物理必修一、二冊的學習，已經(jīng)逐步體會出新課程的思想。光的全反射是光的反射和折射的特例，放在學生學習在光的反射和光的折射定律之后進行研究，在知識和方法上都可

4、以進行有效遷移。因此，在教學過程中要合理安排、指導學生突出重點、突破難點，引導學生分析、探究、歸納和總結，并給予適時評價。 4、教學設計思想 鑒于上述教材特點、課標要求和教學背景,在教學設計上不能簡單地處理“全反射”,要以學生的學為教學的中心，充分調(diào)動學生學的積極性，教學活動的組織、教學手段和環(huán)節(jié)的設計,都應為學生的學習服務。研究表明，學生學習物理的過程不是簡單地把書本上和教師課堂講授的內(nèi)容裝入自己頭腦的過程，而是一個在一定的教學情境中轉(zhuǎn)變和發(fā)展自己的前認知的過程，是認知結構和認知模式的重新建構的過程。因此，本節(jié)課在教學設計上，采用探究——建構式教學。首先充分考慮學生的原認知---光的

5、折射，回顧和研究光從空氣進入玻璃的反射和折射，是學生認知的基礎。然后探究光從玻璃進入光疏空氣時的現(xiàn)象，折射角大于入射角，入射角增大時，折射光線先接近界面，會發(fā)生什么現(xiàn)象呢？產(chǎn)生了認知沖突，激發(fā)了學習的內(nèi)在動機，引導學生確定焦點問題。接著引導學生圍繞焦點問題展開實驗探究活動，并歸納條件和規(guī)律，形成理性認識，建構科學知識。最后在分析探究解釋自然現(xiàn)象中，加深對全反射現(xiàn)象的進一步理解，通過認識全反射棱鏡，認識光導纖維的結構特點，使物理知識走進生活、走向生產(chǎn)和科技，使學生真切感受到學有所用、學以致用的學習效果，激發(fā)學生學習物理的愿望，產(chǎn)生學好物理服務社會價值取向，實現(xiàn)情感價值目標。 5、教學流程圖

6、引導學生確定焦點問題 實驗探究活動 分析現(xiàn)象，推導公式 分析歸納發(fā)生全反射的條件 解釋自然現(xiàn)象，解題指導 認識全反射棱鏡、了解光纖通信 教學評價 課堂小結，布置作業(yè) 效果檢測 創(chuàng)設問題情境，設疑導入 三、學習目標 （一）知識與技能 1．知道光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)的概念。能判斷兩種介質(zhì)誰是光密介質(zhì)、誰是光疏介質(zhì)，并能判斷光在兩種介質(zhì)界面發(fā)生折射時入射角和折射角的大小。 2．知道光的全反射現(xiàn)象，認識發(fā)生全反射現(xiàn)象必須滿足的條件。能在具體問題中準確判斷是否發(fā)生了全反射，并能解決有關的問題。知道全反射的臨界角的概念，知道臨界角與介質(zhì)的折射率的關系，能依據(jù)題目的要求計算臨界

7、角的大小。 3．認識全反射棱鏡，知道全棱鏡的應用．如照相機、望遠鏡、顯微鏡、潛望鏡。 4．從全反射現(xiàn)象的發(fā)生條件認識光導纖維的結構特點，初步了解光纖在生產(chǎn)、生活中的應用，例如內(nèi)窺鏡。 達標方式：知識與技能遷移、討論分析、實驗探究、應用提高。 （二）過程與方法 1、能定性畫出光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)或從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)時的光路圖。 2、體會實驗中“讓入射光正對半圓形玻璃磚中心從曲面入射”的控制實驗條件高明做法。 3、會依據(jù)介質(zhì)的折射率和幾何關系兩種方法計算臨界角的大小 4、明確分析全反射現(xiàn)象的程序，學會將自然現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為物理模型，用全反射的知識解釋生活中的一些現(xiàn)象。 達標方式：理

8、論分析、推理猜想、合作探究、討論交流、參與共享。 （三）情感態(tài)度與價值觀 1、積極參與全反射實驗設計和實驗探究，經(jīng)歷探究的基本過程，學習、體驗探究方法，學會觀察、比較和歸納。形成與他人合作的精神，有將自己的見解與他人交流分享的愿望。 2、領略自然界的奇妙，在應用全反射知識分析解釋自然現(xiàn)象的過程中，形成對物理學習的興趣和求知欲。有將物理知識應用于生活和生產(chǎn)的意識，勇于探究與生活、自然有關的物理問題。 3、認識光纖通信的優(yōu)點，了解光纖通信在現(xiàn)代信息傳輸?shù)膹V泛應用，體會光纖技術對社會、生活、經(jīng)濟的重大影響。關注社會科技的發(fā)展，有學好物理服務社會科技的責任意識。 四、學習重點、難點： 重點

9、：探究全反射現(xiàn)象及發(fā)生全反射現(xiàn)象的條件，明確分析研究全反射現(xiàn)象的程序和關鍵。 難點：全反射知識應用。將自然現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為物理模型，用全反射的知識解釋生活中的一些現(xiàn)象。 五、教法及媒體選擇 本節(jié)課的教學方法采用了探究——建構式教學，運用PPT課件和視頻創(chuàng)設問題情境，首先引導學生發(fā)現(xiàn)問題，形成認知沖突。然后運用直觀、感性的實驗進行探究，將多媒體的模擬和實驗探究有機的結合起來，盡可能多的提供學生參與教學互動的活動空間。在教學過程中，恰當?shù)脑O疑，引導學生猜想，再通過實驗探究和多媒體分析，最后引導歸納，得出結論。學生既實現(xiàn)了從感性知識到理性知識的飛躍，又體會到了“設疑----猜想----實驗----分

10、析----結論”的研究方法。 六、學法指導 按照“探究學習和意義建構”的理念，依據(jù)本節(jié)課的設計思想，首先，是引導學生如何去發(fā)現(xiàn)問題？確定問題焦點。提出猜想，選擇解決問題途徑和方法。其次，在學生探究的過程中，引導學生觀察比較光路和亮度的變化，歸納總結發(fā)生全反射現(xiàn)象的條件。再次，運用全反射規(guī)律分析一些自然現(xiàn)象，是學習的難點，而這些難點的突破有利于深化對全反射現(xiàn)象的理解，教學中要緊緊抓住發(fā)生全反射的條件，引導學生將實際問題轉(zhuǎn)化為物理問題，促進學生認知從感性向理性轉(zhuǎn)化，形成新的認知結構。 七、教學準備 媒體：PPT課件和視頻。 實驗設備：半圓形玻璃磚、激光儀、光具盤。 八、教學過程設計

11、（一）創(chuàng)設問題情景，設疑導入 演示：PPT課件中央電視臺記錄在長江源頭處拍下的“海市蜃樓”圖片。 介紹：夏天，在我國山東蓬萊市的海面上多次出現(xiàn)一種奇特景象，站在海濱極目遠眺，可以看到遠山、船舶、樓閣等各種景象出現(xiàn)在空中。古人認為這是一種叫做蜃的怪物吐出的氣結成的，所以命之為“海市蜃樓”，也叫蜃景。蜃景現(xiàn)象不僅在海上能看到，在沙漠也能看到。 設疑：在海面上真的有遠山樓閣？海市蜃樓是與光有關的自然現(xiàn)象，你能用學過的知識合理的解釋這種現(xiàn)象嗎？ 如果不能，我們就需要進一步探究與該自然現(xiàn)象有關的光學規(guī)律，解開我們心中的疑團。 引入：光的全反射 （二）進行新課教學 1．光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)

12、 回憶：光的折射現(xiàn)象。 引入：光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)概念。不同介質(zhì)的折射率不同，我們把折射率較小的介質(zhì)稱為光疏介質(zhì)，折射率較大的介質(zhì)稱為光密介質(zhì)． 設疑：光密介質(zhì)是密度大的物質(zhì)嗎？玻璃一定是光密介質(zhì)嗎？ 引導學生進一步討論分析教材中“幾種介質(zhì)的折射率”，讓學生得出正確結論：光密介質(zhì)不是密度大的介質(zhì)。光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是相對的． 檢測與評價：讓學生指出圖1中的光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)，再指出圖2中的光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)。完成圖1及圖2兩幅光路圖（完整光路圖） （教師評價，然后介紹實驗裝置，進行演示實驗1） 實驗1：（演示）讓一束激光從空氣射向半圓形玻璃磚的直邊AB

13、的圓心O，緩慢逆時針旋轉(zhuǎn)玻磚，改變?nèi)肷浣牵敝寥肷浣沁_到90°，觀察現(xiàn)象。 B A A B 激疑：如果讓光從玻璃進入空氣所發(fā)生的現(xiàn)象一樣嗎？ O 設計探究：①怎樣在實驗中實現(xiàn)光從玻璃射向空氣？畫出相應光路圖.(評價學生的板演圖,以正確圖示)②光線從空氣進入玻璃圓面為什么不改變方向?此時發(fā)生折射了嗎?學生討論后給予正確解答,以解決此處存在的學習難點。 實驗2：讓一束激光從半圓形玻璃磚弧面沿半徑射到AB界面的O點，緩慢逆時針旋轉(zhuǎn)玻磚，直至入射角達到90°。 思考與猜想：光從玻璃進入空氣，折射角大于入射角; 入射角逐漸增大, 折射角也增大，折射光線先達到界面，將會出現(xiàn)什么結果?

14、折射光線是不變？還是消失？ 實驗探究2:學生分組實驗并思考兩個實驗的現(xiàn)象有何異同點? （教師巡回引導學生觀察、講述實驗現(xiàn)象、并記錄下來） 交流與分享：PPT課件視頻演示 相同點： ①入射角增大，反射角增大，折射角也 增大； ②入射角增大，反射光強度增加，折射光強度減弱； 不同點： ①光從空氣→玻璃，入射角＞折射角；光從玻璃→空氣，入射角＜折射角; ②光從空氣→玻璃，同時存在反射光和折射光； ③光從玻璃→空氣，當入射角達到某個角度時折射角達到90°，折射光線消失 教師評價：評價后指出，我們把實驗2中， AB界面上的折射光消失，只剩下反射光的現(xiàn)象叫全反射現(xiàn)

15、象。 2、全反射現(xiàn)象 PPT課件視頻演示 光由玻璃介質(zhì)射入空氣時，同時發(fā)生反射和折射，折射角大于入射角，隨著入射角的增大，反射光線越來越強，折射光線越來越弱，當折射角增大到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． 3、臨界角 實驗分析：要發(fā)生全反射現(xiàn)象對入射角大小有一定的要求，我們把折射角為90°時的入射角叫做臨界角。即恰能發(fā)生全反射時的入射角，叫做臨界角。習慣用C表示。 學生推導：（教師巡回指導）設光從某種折射率為n的介質(zhì)設向空氣或真空時的入射角恰好是臨界角C，此時的折射角r=90°。由折射定律sinC/sinr=1/n，因為sin90°=1，則sinC=

16、1/n。 點撥與評價：注意光路可逆原理的運用。不同介質(zhì)的臨界角是不同的，臨界角的大小與介質(zhì)的折射率有關。 鞏固與練習：［PPT課件］光在某種介質(zhì)中的傳播速度為1.5×108 m/s，則光從此介質(zhì)射向真空時發(fā)生全反射的臨界角是多少？ 指導與評價：由n=可得該介質(zhì)的折射率n=2，再由sinC=得sinC=， 故：臨界角C=30°。 4、全反射條件 演示實驗：觀察光從空氣射向玻璃和光從玻璃射向空氣時能否發(fā)生全反射，發(fā)生全反射的條件。 分析歸納：光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)不會發(fā)生全反射，光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，當入射角大于或等于臨界角，會發(fā)生全反射。 得出結論：全反射的條件：光從光

17、密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，入射角大于或等于臨界角。以上兩條件必須同時成立，才能產(chǎn)生全反射。 師生互動：全反射現(xiàn)象是在特定條件下光的傳播在兩種介質(zhì)界面上發(fā)生的特殊現(xiàn)象，在自然界中卻是常見的光學現(xiàn)象。【運用PPt課件】 （三）應用與提高 5、全反射原理的應用舉例 （1）對奇妙自然現(xiàn)象海市蜃樓形成原因分析。 PPT課件視頻演示，學生討論分析。 （2）解題指導： 教材例題：通過多媒體動畫演示情景（如圖3），引導學生自己用全反射現(xiàn)象定性解釋和定量計算。 （3）全反射的應用——全反射棱鏡 自學教材中有關“全反射棱鏡”部分。PPT課件演示，討論并回答 ①橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡

18、 ②甲乙兩圖實驗說明對光路的影響。 ③全反射的應用：照相機、望遠鏡、顯微鏡、潛望鏡 （4）全反射的應用------光導纖維 ①光纖知識討論：光纖的結構是怎樣的？光纖為什么能導光？PPT課件演 ②解題指導：［PPT課件］內(nèi)芯 涂層 θ 如圖，表示光在光導纖維中的傳播情況，纖維為圓柱形，由內(nèi)芯和涂層兩部分構成.內(nèi)芯為玻璃，折射率為n0；涂層為塑料，折射率為n1，且n1＜n0.光從空氣射入纖維與軸線成θ角.光線在內(nèi)芯側壁上發(fā)生多次全反射后至纖維的另一端射出。若內(nèi)芯的折射率n0=1.5，涂層的折射率n1=1.2，求入射角θ最大不超過多少度光線才能在內(nèi)芯壁上發(fā)生全反射。

19、 ③學生閱讀課本有關內(nèi)容自主發(fā)表認識，交流分享。 ④教師補充介紹有關光纖通信的現(xiàn)狀和前景。 （四）課堂總結、點評

20、 學生談本節(jié)主要的學習活動，學到了知識、方法，有那些思想收獲。引導小結學習的知識：（PPT課件動態(tài)展示加文字說明） 1．光密介質(zhì)和光疏介質(zhì) 2．光的全反射 ①光在入射到兩種介質(zhì)的交界面處時，通常一部分光被反射回原來的介質(zhì)，另一部分光進入第 Ⅱ種介質(zhì)并改變了傳播方向。 ②當光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，當入射角等于或大于臨界角時，光全部被反射回原介質(zhì)中去，稱做全反射現(xiàn)象。 ③當折射角增大到90°時的入射角稱為臨界角C。 3．全反射棱鏡，光導纖維的原理及其應用。 （五）效果檢測：完成PPT課件檢測題。 九

21、、板書設計 1、光疏介質(zhì)、光密介質(zhì) 定義 2、全反射 臨界角C 全反射的產(chǎn)生條件 海市蜃樓 3、全反射原理的應用實例 全反射棱鏡 光導纖維 十、作業(yè)設計 1、閱讀教材后完成P77“問題與練習”的題目。 2．自備器材，完成教材中的“做一做”（水流導光）。 3．搜集生活中所遇到的全反射現(xiàn)象，并對此作出初步的解釋，形成書面材料，找時間與同學交流。 4、上網(wǎng)收集光纖通信在現(xiàn)代

22、信息傳輸?shù)膹V泛應用，書面說明光纖技術對社會、生活、經(jīng)濟的重大影響。 十一、教學反思 1、新課程教學怎樣進行才是有效的，是大家都在討論和研究的問題。教學的有效性首先取決以怎樣的教學理念進行教學設計，把老師和學生彼此放在什么位置，怎樣看待教和學的關系，如何確立和落實三維目標。本節(jié)課采用了探究——建構式教學模式設計，旨在以學生為主體，引領學生探究學習。課題的引入展示“海市蜃樓”圖片，使學生在現(xiàn)實生活的情景中，形成認知沖突，產(chǎn)生學習動機。教學設計要分析學生的具體情況，包括學生的前認知和學生可能遇到的困難，精心設計問題情境和問題的梯度，引起學生的興趣，引導學生通過自己的思考和探究來解決問題。本節(jié)課實

23、驗1的演示和實驗2探索比較，就是根據(jù)學生的情況采用了適當?shù)慕虒W策略，引導學生確定焦點問題。然后圍繞焦點問題，展開實驗探究、動手操作、表達與交流，使學生經(jīng)歷探究的過程，獲得理智與情感的體驗，積累科學知識與方法。教學設計教學的水平，這是由教師的教育理念和設計能力決定的。本教學設計盡可能把學生置于動態(tài)、開放、生動、多元的學習環(huán)境中，盡可能通過學生自己的研究、觀察、討論，去發(fā)現(xiàn)規(guī)律、體驗規(guī)律，以創(chuàng)設交往互動的教學氛圍。 2、教學設計是預設的，教學活動過程是動態(tài)變化的，是動態(tài)生成的，教師的主導作用依然非常重要。學生的主動活動并不能自發(fā)地推進教學過程，如果沒有教師主導作用的有效發(fā)揮，就不能開展有效的教學

24、互動，教學也失去了它應有的意義。教師的主導作用體現(xiàn)在：一為學生創(chuàng)造探究條件，如實驗條件、知識條件、方法條件，對一些模擬探究還需精心設計好課件，預測探究過程中可能出現(xiàn)的一些問題以及解決方案等。二是及時撲捉有效信息，對學生的行為、方法和思維進行適當?shù)狞c撥和引導，促使學生去分析、認識和解決在探究過程中出現(xiàn)的一些實際問題，確保探究過程順利進行，達到預期的教學目的。三是適時對探究的過程、方法和結論進行總結和評價。引領學生形成新的教學關注點和教學步驟，使教學過程呈現(xiàn)出動態(tài)生成的創(chuàng)生性質(zhì)。 3、教學的有效性關注的是學生學的怎么樣，而不是教師的教的如何。因此，教師要在課前、課堂和課后，都應把自己的關注點不僅放在教材、教參和教案上，而是努力放在研究學生、傾聽學生、發(fā)現(xiàn)學生上，才會有較高的目標達成度和有效的教學效果。 9