高三物理選修4光第2節(jié)全反射導(dǎo)學(xué)案設(shè)計(jì)

1、高三物理選修3-4第十三章光第2節(jié)全反射導(dǎo)學(xué)案設(shè)計(jì)高三物理選修3-4第十三章光第2節(jié)全反射導(dǎo)學(xué)案【教學(xué)目標(biāo)】.知道光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)，認(rèn)識(shí)光的全反射現(xiàn)象。.知道全反射棱鏡及其應(yīng)用，初步了解光導(dǎo)纖維的工作原理， 認(rèn)識(shí)光纖技術(shù)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活的重大影響?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】全反射及發(fā)生全反射的條件【教學(xué)難點(diǎn)】全反射的應(yīng)用【自主學(xué)習(xí)】一、全反射.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 ,折射率較大的介質(zhì)稱為 。光疏介 質(zhì)與光密介質(zhì)是相對(duì)的，光在光密介質(zhì)中的傳播速度比在光疏介質(zhì)中的傳播速度小。.光由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(shí)，折射角 入射角；光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)， 折射角 入射角。.演示實(shí)驗(yàn)：如圖所

2、示，讓光沿著半圓形玻璃磚的半徑射到它的平直的邊上，在這個(gè)邊與空氣的界面上會(huì)發(fā)生反射和折射。逐漸增大入射角，觀察反射光線和折射光線的變化。.當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，同時(shí)發(fā)生折射和反射。如果入射角逐漸增大，折射光離法線會(huì)越來(lái)越遠(yuǎn)，而且越來(lái)越弱，反射光卻越來(lái)越強(qiáng)。當(dāng)入射角增大到某一角度，使折射角達(dá)到90。時(shí)，折射光完全消失，只剩下反射光，這種現(xiàn)象叫做 ,這時(shí)的入射角叫做 。.全反射的條件：當(dāng)光從 射入 時(shí)，如果入射角 臨界角，就會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。.光從介質(zhì)射入空氣（真空）時(shí)，發(fā)生全反射的臨界角C與介質(zhì)的折射率n的關(guān)系是。.介質(zhì)的折射率越大，發(fā)生全反射的臨界角越小。水的臨界角為 48.8 ；各種

3、玻璃的臨界角為32 42 ,金剛石的臨界角為 24.4。.全反射是自然界里常見(jiàn)的現(xiàn)象。例如，水中或玻璃中的氣泡，看起來(lái)特別明亮，就是因?yàn)楣鈴乃虿Ａ湎驓馀輹r(shí)，一部分光在界面上發(fā)生了全反射的緣故。例題：在潛水員看來(lái)，岸上的所有景物，都出現(xiàn)在一個(gè)倒立的圓錐里，為 什么？這個(gè)圓錐的頂角是多大？高三物理選修3-4第十三章光第2節(jié)全反射導(dǎo)學(xué)案設(shè)計(jì)二、全反射棱鏡如圖所示，棱鏡的截面為O當(dāng)光以圖甲或圖乙所示的方向射入玻璃時(shí)，由于光的方向與玻璃面垂直，光線不發(fā)生偏折。但在玻璃內(nèi)部，光射向玻璃與空氣的界面時(shí)，入射角大于臨界角,發(fā)生全反射。與平面鏡相比，它的反射率高，幾乎可達(dá)100%;由于反射面不必涂敷任何反光

4、物質(zhì)，所以反射時(shí)失真小。這種棱鏡在光學(xué)儀器中用來(lái)改變光的方向，用得十分廣泛。三、光導(dǎo)纖維.我們常常聽(tīng)到的“光纖通信”，就是利用了 全反射的原理。這里說(shuō)的光纖，就是光導(dǎo)纖維 的簡(jiǎn)稱。.如圖所示，激光筆發(fā)出的光射入一根彎曲的 有機(jī)玻璃棒的一端，觀察光傳播的路徑有什么 特點(diǎn)。.當(dāng)光在玻璃棒內(nèi)傳播時(shí)，如果從玻璃射向空氣的入射角大于臨界角，光會(huì)發(fā)生全反射，于是光在玻璃棒內(nèi)沿著鋸齒形路線傳播。這就是光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理。.實(shí)用光導(dǎo)纖維的直徑只有幾微米到一百微米。因?yàn)楹芗?xì)，一定程度上可以彎折。 它由內(nèi)芯和外套兩層組成。內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射，如圖所示。外套全反射棱鏡液璃

5、纖雉束.如果把光導(dǎo)纖維聚集成束，使纖維在兩端排列的相對(duì)位置一樣，圖 像就可以從一端傳到另一端，如圖所示。.醫(yī)學(xué)上用光導(dǎo)纖維制成內(nèi)窺鏡，用來(lái)檢查人體胃、腸、氣管等臟 器的內(nèi)部。實(shí)際的內(nèi)窺鏡裝有兩組光纖，一組把光傳送到人體內(nèi)部 進(jìn)行照明，另一組把體內(nèi)的圖像傳出供醫(yī)生觀察。如圖所示。高三物理選修3-4第十三章光第2節(jié)全反射導(dǎo)學(xué)案設(shè)計(jì)【課堂訓(xùn)練】1.下述現(xiàn)象哪些是由于全反射造成的（）A.露水珠或噴泉的水珠，在陽(yáng)光照耀下格外明亮B. 口渴的沙漠旅行者，往往會(huì)看到前方有一潭晶瑩的池水，當(dāng)他們喜出望外地奔向那潭池水時(shí)，池水卻 總是可望而不可及C.用光導(dǎo)纖維傳輸光信號(hào)、圖象信號(hào)D.在盛水的玻璃杯中放一空試管，

6、用燈光照亮玻璃杯側(cè)面，在水面上觀察水中的試管，看到試管壁特別 明亮.已知某介質(zhì)的折射率為一，一束光從該介質(zhì)射入空氣/乙 名產(chǎn)1寸W時(shí)入射角為60。，如圖所示。光路圖正確的是（）.紅、黃、綠三種單色光以相同的入射角從水中射向空氣，若黃光恰能發(fā)生全反射，則A.綠光也一定能發(fā)生全反射B.紅光也一定能發(fā)生全反射C.紅、綠光都能發(fā)生全反射D.紅、綠光都不能發(fā)生全反射已知該玻璃的. 一束平行單色光從真空射向一塊半圓形的玻璃塊，入射方向垂直直徑平面，如圖所示,折射率為2,下列判斷中正確的是（）A.所有光線都能通過(guò)玻璃塊B.只有距圓心兩側(cè) R/2范圍內(nèi)的光線才能通過(guò)玻璃塊C.只有距圓心兩側(cè) R/2范圍內(nèi)的光線

7、不能通過(guò)玻璃塊n兩介質(zhì)的分界面上，如圖D.所有光線都不能通過(guò)玻璃塊.橫截面為等邊三角形的三棱鏡，臨界角為45,光線從它的一面垂直入射， TOC o 1-5 h z 在如圖所示的a, b, c三條出射光線中正確的是（）A. a B. bC. c D.都不正確.介質(zhì)I中光速為 vi=c,介質(zhì)n中的光速為 V2=c/2 ,如果光線a, b射到I、 所示。則下列說(shuō)法中正確的是（）A. a, b均不能發(fā)生全反射B. a, b均能發(fā)生全反射C. a能發(fā)生全反射D. b能發(fā)生全反射.某玻璃的臨界角為 42。，當(dāng)在玻璃中的某一光線射到玻璃與空氣的分界面時(shí)，若入射角略小于臨界角,則光線在空氣中的折射角應(yīng)為（）A

8、.小于42B.小于60C.小于90D,無(wú)折射光線.用臨界角為42的玻璃制成的三棱鏡 ABC, ZB=15 , / C=90 , 一束光線垂直AC面射入，如圖所示。它在棱鏡內(nèi)發(fā)生全反射的次數(shù)為（）A. 2次 B. 3次C. 4次 D. 5次.如圖所示，入射光線I經(jīng) 45。的直角三棱鏡折射，反射后，沿著與入射光相反的 方向射出，如圖中光線n所示，現(xiàn)將棱鏡順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度a ,則（）A.出射光線應(yīng)與光線I平行B.出射光線也順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)a角C.出射光線逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)a角高三物理選修3-4第十三章光第2節(jié)全反射導(dǎo)學(xué)案設(shè)計(jì)D.出射光線順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò) 2 a 角.如圖所示，光線從直角等腰 三棱鏡的

9、一個(gè)側(cè)面射入，在棱鏡 的表面上發(fā)生折射和反射，其中 不可能發(fā)生的是圖（ ）.如圖所示，一個(gè)折射率為 2的等腰三棱鏡，頂角是 45,有一束光以圖示方向射到三棱鏡上，入射角）（不考慮兩次反射）為i （0i90 ）。則下列有關(guān)這束光傳播過(guò)程的判斷正確的是A.兩個(gè)界面都會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象B.兩個(gè)界面都可能發(fā)生折射現(xiàn)象C.在界面I不可能發(fā)生全反射D.在界面n可能發(fā)生全反射現(xiàn)象線繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)改變?nèi)肷浞较?，以下結(jié)論正確的是（）.如圖所示，全反射玻璃三棱鏡，折射率 n= 一，一束光線垂直于 ac邊從點(diǎn)O射入棱鏡，現(xiàn)在讓入射光ab邊射出且向右移動(dòng)ab、bc兩邊射出ab邊射出且向右移動(dòng)bc邊射出且向下偏轉(zhuǎn)移動(dòng)A.若入射

10、光線從圖示位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則折射光線將從B.若入射光線從圖示位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則折射光線將會(huì)從C.若入射光線從圖示位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則折射光線將從 D.若入射光線從圖示位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則折射光線將從.光源發(fā)出的光線經(jīng)狹縫進(jìn)入折射率為 一的半圓形玻璃 M,如圖所示。當(dāng) M繞圓 心O緩慢地沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，光線OA跟法線之間的夾角丫逐漸,強(qiáng)度逐漸, 光線OB跟法線之間的夾角i逐漸,強(qiáng)度逐漸 ;當(dāng)角i等于 時(shí)，光線 OA完全消失。.光由空氣以45。的入射角射向介質(zhì)時(shí)，折射角是 30。，則光由介質(zhì)射向空氣的臨界角是.如圖所示，一條光線垂直射到一個(gè)玻璃三棱鏡的AB面，玻璃的折射率 n=，若要求光線在AC面上發(fā)

11、生全反射，。角最小值為，若將此三棱鏡置于折射率為 1.5的介 質(zhì)中，其他條件不變，則光在 AC面上一定 （填會(huì)”或“不會(huì)”）發(fā)生全反射。坦克外部12 cm坦克內(nèi)部.水的折射率n=4/3 ,當(dāng)在水面下 h=2m深處放一強(qiáng)點(diǎn)光源時(shí)，看到透光水面的最大直徑是多大？當(dāng)此 透光水面的直徑變大時(shí)，光源正在上浮還是正在下沉.為了從坦克內(nèi)部觀察外部目標(biāo)，在坦克壁上開(kāi)了一個(gè)長(zhǎng)方形孔。假定坦克的壁厚20cm,孔的左右兩邊距離 12cm,孔內(nèi)安裝一塊折射率 1.52的玻璃，厚度與坦克的壁厚相同，如圖所示俯視圖。坦克內(nèi)的人通過(guò)這塊玻璃能看到的外界的角度范圍為多大？.如圖所示，直角玻璃三棱鏡置于空氣中，已知/A=60

12、, / C=90 ; 一束極細(xì)的光于 AC邊距C點(diǎn)為2a/3的點(diǎn)E垂直AC面入射，AC=a,棱鏡的折射率 n= 一。求：（1）光在棱鏡內(nèi)經(jīng)一次全反射后第一次射入空氣時(shí)的折射角（2）光從進(jìn)入棱鏡到第一次射入空氣時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間（設(shè)光在真空中的傳播高三物理選修3-4第十三章光第2節(jié)全反射導(dǎo)學(xué)案設(shè)計(jì)速度為c）【鞏固提高】.光從介質(zhì)a射向介質(zhì)b,如果要在介質(zhì)的分界面上發(fā)生全反射，那么必須滿足的條件是（）A. a是光密介質(zhì)，b是光疏介質(zhì)B.光在介質(zhì)b中的速度必須大于在介質(zhì) b中的速度C.光的入射角必須大于或等于臨界角D.必須是單色光.如圖所示，兩塊同樣的玻璃直角三棱鏡ABC,兩者的AC面是平行放置的，在它

13、們之間是均勻的未知透明介質(zhì)。一單色細(xì)光束 O垂直于AB面入射，在圖示的出射光線中（1、2、3 （彼此平行）中的任一條都有可能4、5、6 （彼此平行）中的任一條都有可能7、8、9 （彼此平行）中的任一條都有可能D.只能是4、6中的某一條.如圖所示，等邊三角形 AOB為透明柱狀介質(zhì)的橫截面。一束單色光PQ平行于角平分線 OM射向OA,在界面OA發(fā)生折射，折射光線平行于 OB且恰好射到M點(diǎn)（不考慮反射光線）。則（） TOC o 1-5 h z A.透明柱狀介質(zhì)對(duì)單色光 PQ的折射率為 一AB.從AMB面的出射光線與入射光線 PQ的偏向角60PC.保持入射點(diǎn)Q不變，減小入射角度，一直有光線從AMB面射

14、出7. . WD.保持入射光PQ的方向不變，增大入射光的頻率，出射點(diǎn)將在M點(diǎn)下方E.增大入射光PQ的頻率，光在該介質(zhì)中的傳播速度不變口.如圖為某種透明玻璃磚的橫截面，PM=2R, O為PM中點(diǎn)，PN為半徑為R的四分之一圓弧。一束平行單色光從OM區(qū)域垂直O(jiān)M水平射入玻璃磚。已知玻璃磚的臨界角為C=300,光在真空中的速度為c。求：（1）在PN弧上有光線射出區(qū)域的弧長(zhǎng)（2）從OM射入的光線經(jīng) MN 一次反射后直接從 PN弧離開(kāi)的最長(zhǎng)時(shí)間.直角三角形 ABC為某玻璃磚的橫截面，其中/A=300, BC長(zhǎng)度為L(zhǎng)。平行光束以與 AC成450角的方向照射到AC面上，已知從BC面射出的光線與 BC垂直，如圖

15、所示。求:（1）玻璃的折射率n（2） AB面上哪個(gè)范圍有光線射出6.由于激光是亮度高、平行度好、單色性好的相干光，所以光導(dǎo)纖維中用激光作為高速傳輸信息的載體。如圖所示，要使射到粗細(xì)均勻的圓形光導(dǎo)纖維一個(gè)端面上的激光束都能從另一個(gè)端面射出，而不會(huì)從側(cè)壁“泄漏”出來(lái)，則：（1）畫(huà)出一次全反射光路圖於.5 / 7高三物理選修3-4第十三章光第2節(jié)全反射導(dǎo)學(xué)案設(shè)計(jì)(2)光導(dǎo)纖維所用材料的折射率至少應(yīng)為多少?d = 20cm,孔的寬度 L-玻璃破.為從軍事工事內(nèi)部觀察到外面的目標(biāo)，在工事壁上開(kāi)一正方形孔。設(shè)工事壁厚=20cm ,孔內(nèi)嵌入折射率 n =的玻璃磚，如圖所示，求：(1)嵌入玻璃磚后，工事內(nèi)部人

16、員觀察到外界的視野的最大張角為多少？(2)要想使外界180范圍內(nèi)景物全被觀察到，應(yīng)嵌入多大折射率的玻璃磚？.某半圓形有機(jī)玻璃磚的橫截面如圖所示，半徑為R, O為圓心，一束平行光線照射到玻璃磚MO面上,中心光線a沿半徑方向射入玻璃磚后，恰在O點(diǎn)發(fā)生全反射，已知/ aOM=45o求：(1)玻璃磚的折射率 n(2)玻璃磚底面MN出射光束的寬度AB邊從AC邊的中點(diǎn)M射.如圖所示，直角三角形ABC為一棱鏡的橫截面，ZA=30, BC邊長(zhǎng)度為a,棱鏡材料的折射率為 n=在此截面所在的平面內(nèi)，一條光線平行于入棱鏡。求：(1)光線從AC邊進(jìn)入梭鏡時(shí)的折射角(2)光線從棱鏡射出點(diǎn)的位置.如圖所示，一玻璃工件的上

17、半部是半徑為R的半球體，O點(diǎn)為球心；下半部是半徑為R、高為2R的圓柱體，圓柱體底面鍍有反射膜。 有一平行于中心軸 OC的光線從 半球面射入，該光線與 OC之間的距離為0.6R。已知最后從半球面射出的光線恰好與 入射光線平行(不考慮多次反射)。求該玻璃的折射率。. 一直桶狀容器的高為 21,底面是邊長(zhǎng)為l的正方形；容器內(nèi)裝滿某種透明液體，過(guò)容器中心軸 DD、垂直于左右兩側(cè)面的剖面圖如圖所示。容器右側(cè)內(nèi)壁涂有反光材料，其他內(nèi)壁涂有吸光材料。在剖面的左下角處有一點(diǎn)光源，已知由液體上表面的D點(diǎn)射出的兩束光線相互垂直，求該液體的折射率。.人的眼球可簡(jiǎn)化為如圖所示的模型。折射率相同、半徑不同的兩個(gè)球體共軸。平行光束寬度為 D,對(duì)稱地沿軸線方向射入半徑為 R的小球，會(huì)聚在 軸線上的P點(diǎn)。取球體的折射率為 ,且D= -R,求光線的會(huì)聚角 a。(示 意圖未按比例畫(huà)出)高三物理選修3-4第十三章光第2節(jié)全反射導(dǎo)學(xué)案設(shè)