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2020-2021学年高中物理 第十三章 光 7 全反射教案4 新人教版选修3-4

2020-2021学年高中物理 第十三章 光 7 全反射教案4 新人教版选修3-4

年级：
姓名：

- 10 -

全反射
1.整体设计思路（教学设计的思路与学习价值分析）

按照物理概念的形成过程，以实验现象研究为主线进行教学:直观感受→引导学生探索、质疑→经过分析形成假设→学生探究性实验验证猜想→通过概括形成概念→深化知识加以应用。通过学生间的讨论、动手、合作及归纳，使学生对全反射的概念和条件的理解更加准确、丰富和全面。最后通过全反射的应用，实现知识延伸，开拓学生的视野，浸润科学推理论证的科学思维，培养提出问题、解释、交流和合作的科学探究能力，渗透科学态度和社会责任的核心素养。

2.目标设计（指向学生素养发展的目标设计）
1. 通过VR体验和实验，激发学习物理的兴趣，养成良好的科学态度；
2. 通过理论探究和实验探究，认识光的全反射现象，理解全反射的条件和临界角的概念，培养科学推理、科学论证的科学思维，培养观察、分析、解决问题的能力；
3. 通过30°和60°的量化过程，巩固折射定律，渗透量变引起质变的辩证思想，建立不同问题间的联系与差异。
4. 通过解决逻辑困惑的过程，渗透质疑创新的科学思维，提出问题、收集证据、交流评估的科学探究精神，润透学科本质和科学态度。
5. 通过解释生活中的现象，理解临界角的概念并能定量应用；初步了解光纤的工作原理，开阔视野，紧密联系现代科技和社会问题，渗透社会责任；

3.学习内容分析（教学内容及内容结构分析，重点难点分析）
“全反射”是人教版高中物理新课标教材《选修3-4》第十三章《光》第2节的内容，这一节是在学生学习了光的反射、光的折射之后编写的，是反射和折射的交汇点。本节从光的折射入手，在直线传播、反射、折射知识的基础上，进一步理解和应用折射定律和折射率，探讨了光发生全反射的条件以及相应的应用。全反射现象研究，既是对反射和折射知识的巩固与深化，又为下一节“几种光具对光路的控制作用实验”的学习作了铺垫。
全反射现象及发生全反射的条件是本章的重点，也是本节的重点。全反射现象与人们的日常生活以及现代科学技术的发展紧密相关，体现了课堂知识与生产、科技的紧密联系，是实现课堂知识学习走向课外、走向生产、走向科技的重要教学内容，体现STS思想。所以，学习这部分知识有着重要的现实意义。
1、重点：
（1）全反射条件；（2）临界角的概念及其应用。
2、难点：
临界条件时的光路图及应用。

4.学情分析（学生现状与需求分析）
1.知识层面：
在初中学生已经初步了解光的反射和折射现象，而且通过本章第一课时的学习，可以定量的运用折射定律和折射率解决一些问题。
2.能力层面：
我校高二学生具有很好的学习理解能力，能通过观察从情境中提取信息，将信息与学习过的知识进行对应。能将内化的知识应用到比较熟悉的物理情境中解决问题。在教师的引导下敢于探索。
3.学生的思维障碍
学生对物理现象和知识的理解、判断、分析和推理常常表现出一定的主观性、片面性和表面性，分析解决问题偏于感性，运用几何知识解决物理问题较为困难。
4.教学策略：
通过直观、感性的演示实验和学生实验，理性的假设猜想和科学推理，实现从感性认
识到理性认识的飞跃，通过“设疑→猜想→实验→分析→结论→应用”的研究过程突破重难点。通过画光路图的方式帮助理性的分析解决问题。

5.教与学的过程设计（课堂教与学的每个步骤的情境任务及其意图分析）
教学环节
教师为主的活动
学生为主的活动
设计意图

环节一：
现象情境
导入新课

【美景欣赏】
彩帘水幕喷泉夜景
【演示实验】
模拟彩帘水幕实验—水流导光。
引发思考：光为什么会沿弯曲的水流传播？光的传播过程？
欣赏美景
观察实验
思考问题
1. 激发学习兴趣，学生体会到物理与美的有机结合。体会“原来美可以如此简单。”
2. 为认识光导纤维做铺垫。
3. 现象激发疑问:“光的传播过程?

环节二：
知识回顾
假设猜想
【知识巩固】　
① 一束光从空气中斜射
到与玻璃的分界面处，入射角与折射角相比，哪个角较大？若已知玻璃的折射率为1.5，入射角为30°和60°，如何求此时的折射角？
【制造逻辑困惑】
② 光再从玻璃斜射到与
空气的分界面处，入射角为30°和60°，求出对应的折射角？
【引发猜想】
当光从玻璃斜射入空气，入射角为60°时折射角的正弦值大于1，可能是什么原因造成这样的逻辑困惑？

【学以致用】
用现有知识解决问题①；
【逻辑困惑】
在解决问题②的时候出现困惑：计算出折射角的正弦值大于1，出现了与数学常识相悖的情况，尝试解决的过程中大胆猜想。
【假设猜想】
说出自己对“折射角正弦值大于1”的猜想。

1. 对上节课内容巩固，为后面全反射现象和条件、临界角计算做铺垫。
2. 通过逻辑困惑引发认知冲突，激发学生的探究欲望。
3. 渗透全反射的理论探究验证过程。
4. 通过画光路图，培养抽象思维能力。

环节三：
学生实验
验证猜想
【提供实验器材】
激光笔、半圆形玻璃砖、量角器、A3白纸。
【实验任务】
1.逐渐增大入射角，观察两次实验并比较两次实验现象的相同点和不同点？
2.观察到的现象如何解释折射角正弦值大于1？

【做实验】
实验a：一束激光从空气射向半圆形玻璃砖的直边圆心。
实验b：一束激光对准圆心从空气射向半圆形玻璃砖的半圆面。
【观察实验，完成实验任务，验证猜想】

1. 学生实验，可以获得直观感受，能充分揭示出全反射的本质特点。
2. 渗透量变引起质变的辩证思想，加深对全反射现象产生条件的理解。
3. 活跃课堂气氛，学生的主观能动性得到发挥，完成“假设-实验-结论”的学习探究过程。

环节四：
总结结论
知识新授

【画龙点睛】
对学生的结论进行总结，引出“全反射”、“临界角”的概念。
【引发思考、规律推广】
需要满足什么条件才会发生全反射现象？

【总结现象】
根据实验中看到的现象，总结出全反射现象和条件。
【理论推理】
1. 由玻璃射向空气的
结论推广到光密介质射向光疏介质。
2. 推导临界角的表达
式。
【解释原因】
解释“折射角的正弦值大于1”的原因；解释“光沿弯曲的水流传播”原因。

通过对实验现象的研究，发现其物理规律，再上升为理论。提升语言表达、归纳总结的能力。在观察中猜想，在操作中验证，在思考中发现，在交流中完善。

环节五：
学以致用
知识升华
【演示实验】
满天星玩具光纤；
放大版满天星；
光导纤维。

【引发思考】
1. 如何解释看到的现象？
2. 若光导纤维的折射率
为n，在端面上入射光满足什么条件，才能使光在光导纤维中不断发生全反射，从一端传到另一端？（要求：画出光路图。）
3. 生活中还有哪些全反
射现象？
【VR欣赏】
当然生活中的一些现象可能要更复杂，需要我们不断学习。
【观察演示，解释现象】
体会光导纤维与“满天星”“水流导光”的本质是相同的。

【定量应用】
临界角的定量应用。

【生活中应用举例】
水晶灯 光纤通信等。

【VR欣赏】
欣赏生活中一些全反射现象：海市蜃楼、马路蜃景等。体会物理与美的有机结合，物理就在身边。

1. 通过满天星深化
对彩帘水幕和全反射的理解，通过放大版的满天星，直观观察光的传播，为光导纤维的理解做铺垫，光路解释现象。
2. 通过列举生活中
的现象和解释生活中现象的过程，再现从生活走向物理，从物理走向生活，实现知识再运用。
3. 通过不同的方式
进入同一学习内容，从而获得对学习内容更加全面而深入的理解。
4. 通过视觉上的震
撼刺激，激发学习欲望。
环节六：
课程小结
效果评价
【课程小结】
物理之美不止于感动，更在于感悟。感动于我们周围的美好，感悟于美好背后的物理原理。
【效果评价】
课堂观察量表
课后作业
【学以致用】
1. 列举并解释生活中的“全反射”有关现象。
2.解释“海市蜃楼”现象，尝试简单画出原理的光路示意图；
3.如果你是一条鱼，你眼中“岸上的世界”是什么样子的？画出光路图，定量化。
【课外延伸】
查阅资料：光导纤维在各领域的应用。
1. 通过作业，感受人类的认识仍在不断前进。
2. 注重观察生活中的物理现象。
3. 加深巩固学习成果，并能对本节内容学以致用。
4. 浸润科学态度和科学责任。
板书设计

全反射
【主板书】
一. 全反射现象
二. 临界角：
SinC=1/n
三．条件：
1.光密射向光疏；
2.入射角大于等于临界角。
四．应用：
光导纤维

【副板书】

解：SinC=1/n，
Sini=,i≤arcsin

5.
6.教学设计特色分析（教学设计的特色或个人风格分析）
从现象到本质，再从本质到现象，体现学科特点；
假设—验证—结论的思维过程，体现学科方法；
理论推理与实验探究相辅相成，体现认知规律；
学习形式多样化突破重难点，提升思维深度。

7.实践反思（生成性成果与具体问题及改进措施）
本节课按照学生的认知规律进行教学，理论推导和学生实验的交替进行，两个实验的对比，更容易揭示出全反射现象及其产生的条件，并从学生的亲自动手实验中，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。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，整个教学过程体现新课程的核心素养，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、图片及VR技术，有利于提高学生的学习兴趣，为学生课后的自主性学习打下了基础。
但是生活中一些的现象，往往要更复杂，不是仅用“全反射”三个字就能解释清楚的，我们画的光路图也仅是示意图，这就需要我们不断的去学习，用知识武装我们的头脑，不断的去探寻自然的奥秘，科学的真谛。

附：学生学习资源
VR、激光笔、半圆形玻璃砖、量角器、学案、带孔的塑料瓶、
自来水、 满天星玩具、放大版的满天星一根、光导纤维