人教版高中物理選擇性必修全反射

第2節(jié)全反射核心素養(yǎng)物理觀念科學(xué)思維1.知道什么是光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)。認(rèn)識(shí)光的全反射。2.理解臨界角的概念，能判斷是否發(fā)生全反射，并能解決有關(guān)的問(wèn)題。3.知道全反射棱鏡、光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用。會(huì)解決有關(guān)全反射問(wèn)題。知識(shí)點(diǎn)一全反射[觀圖助學(xué)]光照到兩種介質(zhì)界面處，發(fā)生了如圖所示的現(xiàn)象。(1)上面的介質(zhì)與下面的介質(zhì)哪個(gè)折射率大？(2)改變光照到界面上時(shí)入射角的大小，是否還會(huì)發(fā)生上述現(xiàn)象？答案

(1)下面的介質(zhì)折射率大。(2)不一定。1.光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)(1)定義：折射率______的介質(zhì)稱為光疏介質(zhì)，折射率______的介質(zhì)稱為光密介質(zhì)。(2)對(duì)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解①光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是相對(duì)而言的。②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____。③光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，折射角______入射角；反之，光由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)時(shí)，折射角______入射角。④光疏和光密是相對(duì)介質(zhì)的光學(xué)特性來(lái)說(shuō)的，并不指它的密度大小。較小較大小大于小于2.全反射(1)定義：當(dāng)光從______介質(zhì)射向______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____，而且越來(lái)越____，反射光卻越來(lái)越____。當(dāng)入射角增大到某一角度，使折射角達(dá)到________時(shí)，折射光完全消失，只剩下反射光，這種現(xiàn)象叫作全反射。這時(shí)的________叫作臨界角。(2)折射率與臨界角的關(guān)系：sinC＝_____。(3)發(fā)生全反射的條件①光從光密介質(zhì)射入______介質(zhì)。②入射角____________臨界角。光密光疏遠(yuǎn)弱強(qiáng)90°入射角光疏大于或等于[思考判斷](1)因?yàn)樗拿芏却笥诰凭拿芏?，所以水是光密介質(zhì)。()(2)同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較大。(

)(3)發(fā)生全反射時(shí)，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認(rèn)為不存在折射光線而只有反射光線。(

)(4)光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，一定會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。(

)××××1.全反射棱鏡(1)全反射棱鏡是截面為_(kāi)_______________的棱鏡。(2)全反射棱鏡的特點(diǎn)①當(dāng)光垂直于它的一個(gè)界面射入后，都會(huì)在其內(nèi)部發(fā)生全反射，與平面鏡相比，它的反射率很高。②反射面不必涂敷任何反光物質(zhì)，反射時(shí)失真小。(3)全反射棱鏡改變光路的兩種常見(jiàn)情況。如圖甲、乙所示。知識(shí)點(diǎn)二全反射棱鏡和光導(dǎo)纖維等腰直角三角形2.光導(dǎo)纖維(1)光導(dǎo)纖維對(duì)光的傳導(dǎo)原理：利用了________原理。(2)光導(dǎo)纖維構(gòu)造由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的____，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生________

(如圖所示)。(3)光纖通信的優(yōu)點(diǎn)是容量____、衰減____、抗干擾性強(qiáng)等。(4)光導(dǎo)纖維除應(yīng)用于光纖通信外，還可應(yīng)用于醫(yī)學(xué)上的內(nèi)窺鏡等。全反射大全反射大小[思考判斷](1)全反射棱鏡可以使光線傳播的方向改變90°。()(2)用任意一種材料制作的等腰直角三棱鏡都是全反射棱鏡。()(3)全反射棱鏡和平面鏡相比，反射時(shí)能量損失要小。(

)(4)光導(dǎo)纖維傳遞光信號(hào)是利用光的直線傳播的原理。(

)√√××仔細(xì)觀察全反射現(xiàn)象演示實(shí)驗(yàn)，探究分析以下幾個(gè)問(wèn)題：[觀察探究]核心要點(diǎn)對(duì)全反射的理解(1)光由玻璃射入空氣，當(dāng)入射角增大時(shí)，反射光線和折射光線的方向和強(qiáng)度如何變化？(2)光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，一定發(fā)生全反射嗎？(3)根據(jù)問(wèn)題(1)中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，發(fā)生全反射現(xiàn)象的條件是什么？折射光線和反射光線的能量怎樣？提示

(1)當(dāng)入射角增大時(shí)，反射光線和折射光線與法線的夾角越來(lái)越大，反射光越來(lái)越強(qiáng)，折射光越來(lái)越弱。當(dāng)折射角增大到90°時(shí)，若再增大入射角，折射光線會(huì)消失，只剩反射光線，反射光線的強(qiáng)度也不再發(fā)生變化。(2)不一定。只有當(dāng)入射角等于或大于臨界角時(shí)才能發(fā)生全反射。(3)要發(fā)生全反射，必須具備兩個(gè)條件：①光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)。②入射角等于或大于臨界角。發(fā)生全反射時(shí)，折射光線的強(qiáng)度減弱到零，反射光線的能量等于入射光的能量。[探究歸納]1.對(duì)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解(1)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的比較

光的傳播速度折射率光疏介質(zhì)大小光密介質(zhì)小大(2)相對(duì)性：光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是相對(duì)的。任何兩種透明介質(zhì)都可以通過(guò)比較光在其中傳播速度的大小或折射率的大小來(lái)判斷誰(shuí)是光疏介質(zhì)或光密介質(zhì)。(3)光疏和光密是從介質(zhì)的光學(xué)特性來(lái)說(shuō)的，并不是它的密度大小。例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介質(zhì)。2.全反射現(xiàn)象的理解(1)全反射遵循的規(guī)律：發(fā)生全反射時(shí)，光全部返回原介質(zhì)，入射光與反射光遵循光的反射定律。(2)從能量角度來(lái)理解全反射：當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，隨著入射角增大，折射角也增大。同時(shí)折射光線強(qiáng)度減弱，能量減小，反射光線強(qiáng)度增強(qiáng)，能量增加，當(dāng)入射角達(dá)到臨界角時(shí)，折射光線強(qiáng)度減弱到零，反射光的能量等于入射光的能量。[試題案例][例1](多選)如圖所示，一束平行光從真空射向一塊半圓形的玻璃磚，下列說(shuō)法中正確的是(

)A.只有圓心兩側(cè)一定范圍內(nèi)的光線不能通過(guò)玻璃磚B.只有圓心兩側(cè)一定范圍內(nèi)的光線能通過(guò)玻璃磚C.通過(guò)圓心的光線將沿直線穿過(guò)不發(fā)生偏折D.圓心兩側(cè)一定范圍外的光線將在曲面發(fā)生全反射解析垂直射向界面的光線不偏折，因而光線沿直線平行射到半圓面上。其中通過(guò)圓心的光線將沿直線穿過(guò)玻璃磚，不發(fā)生偏折，入射角為零。由中心向外的光線，在半圓面上進(jìn)入真空時(shí)的入射角逐漸增大并趨近90°角，且折射角一定大于入射角，所以一定會(huì)發(fā)生全反射，故B、C、D正確。答案BCD方法凝煉(1)光的反射和全反射均遵循光的反射定律，光路均是可逆的。(2)光線射向兩種介質(zhì)的界面上時(shí)，往往同時(shí)發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象，但在全反射現(xiàn)象中，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射。入射角等于臨界角時(shí)，折射角等于90°，實(shí)際上已經(jīng)沒(méi)有折射光線了。[針對(duì)訓(xùn)練1](多選)固定的半圓形玻璃磚的橫截面如圖所示，O點(diǎn)為圓心，OO′為直徑MN的垂線。足夠大的光屏PQ緊靠玻璃磚右側(cè)且垂直于MN。由A、B兩種單色光組成的一束光沿半徑方向射向O點(diǎn)，入射光線與OO′夾角θ較小時(shí)，光屏NQ區(qū)域出現(xiàn)兩個(gè)光斑，逐漸增大θ角，當(dāng)θ＝α?xí)r，光屏NQ區(qū)域A光的光斑消失，繼續(xù)增大θ角，當(dāng)θ＝β時(shí)，光屏NQ區(qū)域B光的光斑消失，則(

)答案AD核心要點(diǎn)全反射的計(jì)算[要點(diǎn)歸納][試題案例][例2]

在厚度為d、折射率為n的大玻璃板下表面，有一個(gè)半徑為r的圓形發(fā)光面，為了從玻璃板的上方看不見(jiàn)這個(gè)圓形發(fā)光面，可在玻璃板的上表面貼一塊圓形紙片，問(wèn)所貼紙片的最小半徑應(yīng)為多大？解析

根據(jù)題意，作出光路如圖所示，圖中S點(diǎn)為圓形發(fā)光面邊緣上一點(diǎn)，由該點(diǎn)發(fā)出的光線能射出玻璃板的范圍由臨界光線SA確定，當(dāng)入射角大于臨界角C時(shí)，光線就不能射出玻璃板了。方法凝煉解答全反射問(wèn)題的技巧(1)解答全反射類問(wèn)題時(shí)，要抓住發(fā)生全反射的兩個(gè)條件：一是光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，二是入射角大于等于臨界角。(2)利用好光路圖中的臨界光線，準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關(guān)鍵，且在作光路圖時(shí)盡量與實(shí)際相符。解析光線不射入空氣中，則在AB面發(fā)生全反射，得θ＝60°。答案60°[針對(duì)訓(xùn)練2](2019·江蘇卷)如圖所示，某L形透明材料的折射率n＝2?，F(xiàn)沿AB方向切去一角，AB與水平方向的夾角為θ。為使水平方向的光線射到AB面時(shí)不會(huì)射入空氣，求θ的最大值。核心要點(diǎn)全反射的實(shí)際應(yīng)用(1)橫截面是等腰直角三角形的棱鏡是全反射棱鏡，它在光學(xué)儀器里，常用來(lái)代替平面鏡，改變光的傳播方向。應(yīng)用1全反射棱鏡(2)光通過(guò)全反射棱鏡時(shí)的幾種方式。

入射方式項(xiàng)目方式一方式二方式三光路圖入射面ABACAB全反射面ACAB、BCAC光線方向變角度90°180°0°(發(fā)生側(cè)移)[試題案例][例3]

空氣中兩條光線a和b從方框左側(cè)入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖所示。方框內(nèi)有兩個(gè)折射率n＝1.5的全反射玻璃棱鏡。下列選項(xiàng)給出了兩棱鏡的四種放置方式的示意圖。其中能產(chǎn)生圖中效果的是(

)解析四個(gè)選項(xiàng)的光路圖如圖：可知選項(xiàng)B正確。答案B答案BA.平行于AC邊的光線①B.平行于入射光線的光線②C.平行于CB邊的光線③D.平行于AB邊的光線④應(yīng)用2光導(dǎo)纖維1.構(gòu)造及傳播原理(1)構(gòu)造：光導(dǎo)纖維是一種透明的玻璃纖維絲，直徑只有1～100μm，如圖所示，它是由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率。(2)傳播原理：光由一端進(jìn)入，在兩層的界面上經(jīng)過(guò)多次全反射，從另一端射出，光導(dǎo)纖維可以遠(yuǎn)距離傳播光，光信號(hào)又可以轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，進(jìn)而變?yōu)槁曇簟D像。[試題案例]答案

(1)2.1×108m/s

(2)2.7×10－8s方法凝煉(1)發(fā)生全反射的條件是光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于或等于臨界角。(2)光導(dǎo)纖維利用了光的全反射，所以內(nèi)芯的折射率一定大于外套的折射率。[針對(duì)訓(xùn)練4]

光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)如圖所示，其內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播。以下關(guān)于光導(dǎo)纖維的說(shuō)法正