光的全反射
——制作光导七彩灯
教学目的：
通过对光的知识的回顾，加深学生对光学的理解，通过观察和实验使学生认识和区分光的反射和光的折射，通过制作光导七彩灯了解认识光的全反射及其应用。
教学目标：
1、通过复习光的特点，加深对光的传播方式和光的反射的认识。
2、通过对实验现象的观察分析，认识光的折射。
3、将光的反射和折射结合起来，认识和理解光的全反射。
教学重点：
1、认识什么是介质，区分光密介质和光疏介质。
2、认识和区分光的反射和光的折射。
3、学习理解什么是光的全反射，掌握发生光的全反射的条件。
教学难点：
掌握光的全反射的特点，理解光导七彩灯的原理。
教学用具：
老师用具：强光手电筒1个（自备）、万花筒1个（自备）、筷子1根、透明玻璃杯1个（自备）
学生用具：底座纸卡1张/人、光导七彩灯纸卡1张/人、电池盒1个/人、变色发光二极管1个/人、导线2根/人、螺丝2个/人、螺丝母2个/人、鳄鱼夹2个/人、光导纤维束1束/人、纸片1张/人、电池2节/人
课时安排：
80分钟。
课堂流程：
一、情境导入：(5分钟)
师：光在我们生活中的地位是非常重要的，大家可以设想一下，假如没有了
光，世界将会是什么样子？我们以前已经学习过光的一些特性，老师来问一下大家，光的传播方式有什么特性啊？
生：光沿直线传播。
生：光会反射。
生：光会折射。
师：我们今天就再来探索一下光的这些奥秘。
二、课程讲解：（30分钟）
【教师演示实验一】
师：我们先来复习一下光的反射现象。当光线照射到一个物体上时，光的传
播方向发生了改变，这个现象我们就称为光的反射。如图：
师：当老师把手中的平面镜放在阳光下面的时候出现了什么现象啊？生：房顶上出现了一个亮斑。
师：这就是光的反射现象，想一想，光的反射在我们生活中有哪些应用啊？生：汽车的后视镜。
生：早晨洗脸刷牙时照的镜子。
生：晚上能看到月亮发光也是光的反射。
生：……
师：其实我们的眼睛之所以能够看到周围的物体，也是因为光的反射——当光线照射到物体上时，物体将光线反射到了我们的眼睛里，我们就看到这个物体了。
总结：复习光的反射，理解光的反射定义，认识那些是光的反射现象即可。
【教师演示实验二】
师：老师手中有一个盛满水的玻璃杯，当我们把一根筷子放进去的时候，大家看到什么现象了啊？
生：筷子好像折断了一样。
师：这种光在不均匀媒质中传播时，传播方向发生偏折的现象叫做光的折射。
（1）（2）
师：光从空气射入水中时会发生折射，那如果光从水射入空气时会发生折射吗？
生：……
师：光的线路是可逆的，当光从水中射入空气中时同样会发生光的折射。大家想一下，光的折射在生活中有什么应用啊？
生：渔夫用鱼叉叉鱼。
生：沙漠里的海市蜃楼。
生：……
总结：本实验使学生认识什么是光的折射现象，认识到光的线路是可逆的即可。
【教师演示实验三】
师：大家都知道光沿直线传播，严格上来说，应该是光在均匀介质中沿直线传播，那什么是介质呢？借以传播光的物质称为光的介质，空气、水、玻璃这些能传播光的物质都是光的介质。
师：光在不同的介质中传播的速度是不同的，传播速度快、折射率小的介质我们称为光疏介质，传播速度慢、折射率大的介质我们称为光密介质，空气和水相比较，空气就是光疏介质，水就是光密介质。光密介质和光疏介质是相对而言
的。
师：当光从光密介质射入光疏介质时，当入射角大于某个值时，在界面处，光的能量就会全部反射回原介质，没有光线折射入光疏介质中去，这个现象我们
就称为光的全反射。
师：光的全反射中，由于光没有因为折射射入光疏介质中，所有的光线经过反射都回到了原介质中，光线几乎没有耗损，所以适用于远距离输送信号。
总结：光的全反射概念较难理解，讲解时简单介绍一下即可，可以让学生简单认为是由于两种介质的不同，光线没有折射进光疏介质中，全部反射回了原介质，没有发生耗损，即是光的全反射。
三、动手实践：（40分钟）
制作流程：
1、将套件中的器材取出，分类放好。
2、将扇形纸卡侧面粘上双面胶，围成一个盒子粘
上。
3、将电池盒粘在底座纸卡上虚线方框的中心，把电池盒红色导线与二极管正极相连，在二极管负极上连上一根导线。
4、在电池盒黑色导线和二极管负极导线前端各连上一个螺丝，从盒子上的小孔中由内向外穿过去，在外部用螺母将螺丝固定住，将纸盒底面粘上双面
胶粘在底座纸卡虚线的方框内。
5、将电池装入电池盒内，把二极管竖直插在两节电池中间。
6、把纸片卷在光导纤维束低端，从纸盒顶端插进盒子内，并把二极管同时套在纸筒底部，把鳄鱼夹开关（一根导线两端连上两个
鳄鱼夹即可）分别夹在外部螺丝上，光导七彩灯就做
好了。
关上灯，看一看谁的光导七彩灯最漂亮！
四、科学原理：（5分钟）
师：接上自己的光导七彩灯，看一看，发生了什么现象呢？
生：只有光导纤维的端头发出光了，其它地方一点光也没有。
师：这就是光的全反射现象。光导纤维是一种能导光的纤维。在光学技术上又叫光波导。光导纤维分为内外两层（芯线和包层），芯线的折射率比包层的折射率大，即包层与芯线相比，包层为光疏媒质，芯线是光密媒质。光从芯线内从光导纤维的一端传输到另一端而不从周壁逸出，是因为光从芯线射向包层时发生了光的全反射。在界面处，光的能量全部反射回芯线。光导纤维具有能够弯曲，结构简单等优点，广泛应用于传输光能，其光能损耗很小，可以应用于长距离地传输光信号。
总结：只是较为抽象，要根据做完后的作品现象上加深学生理解，使学生
认识到什么现象时光的全反射即可。
五、总结延伸：（10分钟）
1、知识竞赛
师：光的传播方式有什么特点呢？
生：光在均匀介质中沿直线传播。
师：什么是光的反射？
生：光在传播过程中遇到两种介质的分界面时仍返回原介质中的现象叫做光
的反射。
师：什么是光的折射？
生：光在不均匀媒质中传播时，传播方向发生偏折的现象叫做光的折射。师：什么是光的全反射？
生：光的全反射是光从光密媒质入射到光疏媒质的界面，且入射角大于某个值时，在界面处，光的能量全部反射回原媒质的现象。
2、课后探索
想一下，光导纤维究竟是如何利用光的全反射的呢？
知识链接：
神奇的全反射
1870年的一天，英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理，他做了一个简单的实验：在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。结果使观众们大吃一惊。人们看到，放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了。
人们曾经发现，光能沿着从酒桶中喷出的细酒流传输；人们还发现，光能顺着弯曲的玻璃棒光纤前进。这是为什么呢？难道光线不再直进了吗？这些现象引起了丁达尔的注意，经过他的研究，发现这是全反射的作用，即光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。表面上看，光好像在水流中弯曲前进。实际上，在弯曲的水流里，光仍沿直线传播，只不过在内表面上发生了多次全反射，光线经过多次全反射向前传播。
后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝──玻璃纤维，当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。由于这种纤维能够用来传输光线，所以称它为光导纤维。
光导纤维可以用在通信技术里。1979年9月，一条3．3公里的120路光缆通信系统在北京建成，几年后上海、天津、武汉等地也相继铺设了光缆线路，利用光导纤维进行通信。利用光导纤维进行的通信叫光纤通信。一对金属电话线至多只能同时传送一千多路电话，而根据理论计算，一对
细如蛛丝的光导纤维可以同时通一百亿路电话！铺设1000公里的同轴电缆大约需要500吨铜，改用光纤通信只需几公斤石英就可以了。沙石中就含有石英，几乎是取之不尽的。
另外，利用光导纤维制成的内窥镜，可以帮助医生检查胃、食道、十二指肠等的疾病。光导纤维胃镜是由上千根玻璃纤维组成的软管，它有输送光线、传导图像的本领，又有柔软、灵活，可以任意弯曲等优点，可以通过食道插入胃里。光导纤维把胃里的图像传出来，医生就可以窥见胃里的情形，然后根据情况进行诊断和治疗。
光的全反射
——制作光导七彩灯
教学目的：
通过对光的知识的回顾，加深学生对光学的理解，通过观察和实验使学生认识和区分光的反射和光的折射，通过制作光导七彩灯了解认识光的全反射及其应用。
教学目标：
1、通过复习光的特点，加深对光的传播方式和光的反射的认识。
2、通过对实验现象的观察分析，认识光的折射。
3、将光的反射和折射结合起来，认识和理解光的全反射。
教学重点：
1、认识什么是介质，区分光密介质和光疏介质。
2、认识和区分光的反射和光的折射。
3、学习理解什么是光的全反射，掌握发生光的全反射的条件。
教学难点：
掌握光的全反射的特点，理解光导七彩灯的原理。
教学用具：
老师用具：强光手电筒1个（自备）、万花筒1个（自备）、筷子1根、透明玻璃杯1个（自备）
学生用具：底座纸卡1张/人、光导七彩灯纸卡1张/人、电池盒1个/人、变色发光二极管1个/人、导线2根/人、螺丝2个/人、螺丝母2个/人、鳄鱼夹2个/人、光导纤维束1束/人、纸片1张/人、电池2节/人
课时安排：
80分钟。
课堂流程：
一、情境导入：(5分钟)
师：光在我们生活中的地位是非常重要的，大家可以设想一下，假如没有了
光，世界将会是什么样子？我们以前已经学习过光的一些特性，老师来问一下大家，光的传播方式有什么特性啊？
生：光沿直线传播。
生：光会反射。
生：光会折射。
师：我们今天就再来探索一下光的这些奥秘。
二、课程讲解：（30分钟）
【教师演示实验一】
师：我们先来复习一下光的反射现象。当光线照射到一个物体上时，光的传
播方向发生了改变，这个现象我们就称为光的反射。如图：
师：当老师把手中的平面镜放在阳光下面的时候出现了什么现象啊？生：房顶上出现了一个亮斑。
师：这就是光的反射现象，想一想，光的反射在我们生活中有哪些应用啊？生：汽车的后视镜。
生：早晨洗脸刷牙时照的镜子。
生：晚上能看到月亮发光也是光的反射。
生：……
师：其实我们的眼睛之所以能够看到周围的物体，也是因为光的反射——当光线照射到物体上时，物体将光线反射到了我们的眼睛里，我们就看到这个物体了。
总结：复习光的反射，理解光的反射定义，认识那些是光的反射现象即可。
【教师演示实验二】
师：老师手中有一个盛满水的玻璃杯，当我们把一根筷子放进去的时候，大家看到什么现象了啊？
生：筷子好像折断了一样。
师：这种光在不均匀媒质中传播时，传播方向发生偏折的现象叫做光的折射。
（1）（2）
师：光从空气射入水中时会发生折射，那如果光从水射入空气时会发生折射吗？
生：……
师：光的线路是可逆的，当光从水中射入空气中时同样会发生光的折射。大家想一下，光的折射在生活中有什么应用啊？
生：渔夫用鱼叉叉鱼。
生：沙漠里的海市蜃楼。
生：……
总结：本实验使学生认识什么是光的折射现象，认识到光的线路是可逆的即可。
【教师演示实验三】
师：大家都知道光沿直线传播，严格上来说，应该是光在均匀介质中沿直线传播，那什么是介质呢？借以传播光的物质称为光的介质，空气、水、玻璃这些能传播光的物质都是光的介质。
师：光在不同的介质中传播的速度是不同的，传播速度快、折射率小的介质我们称为光疏介质，传播速度慢、折射率大的介质我们称为光密介质，空气和水相比较，空气就是光疏介质，水就是光密介质。光密介质和光疏介质是相对而言
的。
师：当光从光密介质射入光疏介质时，当入射角大于某个值时，在界面处，光的能量就会全部反射回原介质，没有光线折射入光疏介质中去，这个现象我们
就称为光的全反射。
师：光的全反射中，由于光没有因为折射射入光疏介质中，所有的光线经过反射都回到了原介质中，光线几乎没有耗损，所以适用于远距离输送信号。
总结：光的全反射概念较难理解，讲解时简单介绍一下即可，可以让学生简单认为是由于两种介质的不同，光线没有折射进光疏介质中，全部反射回了原介质，没有发生耗损，即是光的全反射。
三、动手实践：（40分钟）
制作流程：
1、将套件中的器材取出，分类放好。
2、将扇形纸卡侧面粘上双面胶，围成一个盒子粘
上。
3、将电池盒粘在底座纸卡上虚线方框的中心，把电池盒红色导线与二极管正极相连，在二极管负极上连上一根导线。
4、在电池盒黑色导线和二极管负极导线前端各连上一个螺丝，从盒子上的小孔中由内向外穿过去，在外部用螺母将螺丝固定住，将纸盒底面粘上双面
胶粘在底座纸卡虚线的方框内。
5、将电池装入电池盒内，把二极管竖直插在两节电池中间。
6、把纸片卷在光导纤维束低端，从纸盒顶端插进盒子内，并把二极管同时套在纸筒底部，把鳄鱼夹开关（一根导线两端连上两个
鳄鱼夹即可）分别夹在外部螺丝上，光导七彩灯就做
好了。
关上灯，看一看谁的光导七彩灯最漂亮！
四、科学原理：（5分钟）
师：接上自己的光导七彩灯，看一看，发生了什么现象呢？
生：只有光导纤维的端头发出光了，其它地方一点光也没有。
师：这就是光的全反射现象。光导纤维是一种能导光的纤维。在光学技术上又叫光波导。光导纤维分为内外两层（芯线和包层），芯线的折射率比包层的折射率大，即包层与芯线相比，包层为光疏媒质，芯线是光密媒质。光从芯线内从光导纤维的一端传输到另一端而不从周壁逸出，是因为光从芯线射向包层时发生了光的全反射。在界面处，光的能量全部反射回芯线。光导纤维具有能够弯曲，结构简单等优点，广泛应用于传输光能，其光能损耗很小，可以应用于长距离地传输光信号。
总结：只是较为抽象，要根据做完后的作品现象上加深学生理解，使学生
认识到什么现象时光的全反射即可。
五、总结延伸：（10分钟）
1、知识竞赛
师：光的传播方式有什么特点呢？
生：光在均匀介质中沿直线传播。
师：什么是光的反射？
生：光在传播过程中遇到两种介质的分界面时仍返回原介质中的现象叫做光
的反射。
师：什么是光的折射？
生：光在不均匀媒质中传播时，传播方向发生偏折的现象叫做光的折射。师：什么是光的全反射？
生：光的全反射是光从光密媒质入射到光疏媒质的界面，且入射角大于某个值时，在界面处，光的能量全部反射回原媒质的现象。
2、课后探索
想一下，光导纤维究竟是如何利用光的全反射的呢？
知识链接：
神奇的全反射
1870年的一天，英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理，他做了一个简单的实验：在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。结果使观众们大吃一惊。人们看到，放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了。
人们曾经发现，光能沿着从酒桶中喷出的细酒流传输；人们还发现，光能顺着弯曲的玻璃棒光纤前进。这是为什么呢？难道光线不再直进了吗？这些现象引起了丁达尔的注意，经过他的研究，发现这是全反射的作用，即光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。表面上看，光好像在水流中弯曲前进。实际上，在弯曲的水流里，光仍沿直线传播，只不过在内表面上发生了多次全反射，光线经过多次全反射向前传播。
后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝──玻璃纤维，当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。由于这种纤维能够用来传输光线，所以称它为光导纤维。
光导纤维可以用在通信技术里。1979年9月，一条3．3公里的120路光缆通信系统在北京建成，几年后上海、天津、武汉等地也相继铺设了光缆线路，利用光导纤维进行通信。利用光导纤维进行的通信叫光纤通信。一对金属电话线至多只能同时传送一千多路电话，而根据理论计算，一对
细如蛛丝的光导纤维可以同时通一百亿路电话！铺设1000公里的同轴电缆大约需要500吨铜，改用光纤通信只需几公斤石英就可以了。沙石中就含有石英，几乎是取之不尽的。
另外，利用光导纤维制成的内窥镜，可以帮助医生检查胃、食道、十二指肠等的疾病。光导纤维胃镜是由上千根玻璃纤维组成的软管，它有输送光线、传导图像的本领，又有柔软、灵活，可以任意弯曲等优点，可以通过食道插入胃里。光导纤维把胃里的图像传出来，医生就可以窥见胃里的情形，然后根据情况进行诊断和治疗。