人教版(新教材)高中物理選擇性必修1學(xué)案2：4 2 全反射

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第一冊PAGEPAGE14.2全反射學(xué)習(xí)目標(biāo)1．知道光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)、全反射、臨界角的概念。2．理解全反射的條件，能計(jì)算有關(guān)問題和解釋相關(guān)現(xiàn)象。3．了解全反射棱鏡和光導(dǎo)纖維的工作原理以及在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。自主學(xué)習(xí)一、全反射1．光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)2．全反射(1)概念：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，當(dāng)入射角增大到某一角度，使折射角達(dá)到90°時(shí)，_____光完全消失，只剩下______光，這種現(xiàn)象叫做全反射。(2)臨界角：剛好發(fā)生全反射，即折射角等于90°時(shí)的______。用字母C表示。(3)發(fā)生全反射的條件①光從______介質(zhì)射入______介質(zhì)。②入射角____________臨界角。(4)臨界角與折射率的關(guān)系當(dāng)光由介質(zhì)射入空氣(真空)時(shí)，sinC＝______。二、全反射棱鏡截面為______的棱鏡叫做全反射棱鏡，其作用是改變光的傳播______。三、光導(dǎo)纖維1．原理利用了______射的原理。2．構(gòu)造光導(dǎo)纖維直徑只有幾微米到一百微米，由______和______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______。判一判(1)密度大的介質(zhì)就是光密介質(zhì)。()(2)兩種介質(zhì)相比較，折射率大的介質(zhì)是光密介質(zhì)。()(3)光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)具有絕對性。()(4)截面是三角形的棱鏡是全反射棱鏡。()(5)全反射棱鏡和平面鏡都是利用了光的全反射原理。()(6)光在光纖中傳播時(shí)，在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射。()(7)光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)是容量大。()想一想(1)只有一種介質(zhì)能否確定它是光密介質(zhì)還是光疏介質(zhì)？(2)為什么水中或玻璃中的氣泡看起來特別明亮？(3)微細(xì)的光纖封裝在塑料護(hù)套中，使得它能夠彎曲而不至于斷裂，光纖為什么要由兩層介質(zhì)構(gòu)成？核心探究一、全反射1．光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)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)。光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是相對的。2．全反射(1)全反射及臨界角的概念①全反射：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，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)象叫做全反射。如圖所示。②臨界角：剛好發(fā)生全反射，即折射角等于90°時(shí)的入射角。用字母C表示。(2)全反射的條件要發(fā)生全反射，必須同時(shí)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。(3)臨界角與折射率的關(guān)系①定量關(guān)系：光由介質(zhì)射入空氣(或真空)時(shí)，sinC＝eq\f(1,n)。②定性關(guān)系：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，光密介質(zhì)的折射率越大，發(fā)生全反射的臨界角就越小，越容易發(fā)生全反射。(4)從能量角度理解全反射當(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)折射光強(qiáng)度減弱，即折射光能量減小，反射光強(qiáng)度增強(qiáng)，即反射光能量增大，當(dāng)入射角達(dá)到臨界角時(shí)，折射光強(qiáng)度減小到零，反射光的能量等于入射光的能量。(5)因?yàn)榻橘|(zhì)的折射率與光的顏色有關(guān)，所以全反射臨界角不僅與介質(zhì)有關(guān)，還與光的顏色有關(guān)。例1.(多選)如圖所示，ABCD是兩面平行的透明玻璃磚，AB面和CD面是玻璃和空氣的界面，分別設(shè)為界面Ⅰ和界面Ⅱ。光線從界面Ⅰ射入玻璃磚，再從界面Ⅱ射出，回到空氣中，如果改變光到達(dá)界面Ⅰ時(shí)的入射角，則()A．只要入射角足夠大，光線在界面Ⅰ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象B．只要入射角足夠大，光線在界面Ⅱ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象C．不管入射角多大，光線在界面Ⅰ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D．不管入射角多大，光線在界面Ⅱ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象變式訓(xùn)練1.為了表演“隱形的大頭針”節(jié)目，某同學(xué)在半徑為r的圓形軟木片中間垂直插入一枚大頭針，并將其放入盛有水的碗中，如圖所示。已知水的折射率為eq\f(4,3)，為了保證表演成功即在水面上看不到大頭針，大頭針末端離水面的最大距離h為()A.eq\f(\r(7),3)rB.eq\f(4,3)rC.eq\f(3,4)rD.eq\f(3\r(7),7)r二、全反射的應(yīng)用1．全反射棱鏡橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫做全反射棱鏡。它在光學(xué)儀器里，用來改變光的傳播方向。下表為光通過全反射棱鏡時(shí)的幾種入射方式。2．光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維是一種透明的玻璃纖維絲，直徑只有1～100μm左右，如圖所示。它由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率，光由一端進(jìn)入，在內(nèi)芯和外套的界面上經(jīng)多次全反射，從另一端射出。3．光導(dǎo)纖維的應(yīng)用(1)利用光導(dǎo)纖維可實(shí)現(xiàn)光纖通信，而光纖通信的優(yōu)點(diǎn)是容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng)等。(2)醫(yī)學(xué)上用光導(dǎo)纖維制成內(nèi)窺鏡，用來檢查人體胃、腸、氣管等臟器的內(nèi)部。4．生活中的全反射現(xiàn)象(1)兩種蜃景原理因?yàn)楹Ｋ疁囟鹊?，所以海面附近空氣溫度低，高空空氣溫度高，越向上空氣密度越小，折射率越小，其蜃景原理如圖甲所示。因?yàn)樯衬荜柟庹丈浜軣?，下層空氣溫度比上層空氣溫度高，越向上空氣密度越大，折射率越大，其蜃景原理如圖乙所示。(2)其他全反射現(xiàn)象：水或玻璃中的氣泡很明亮，鉆石光彩奪目，彩虹的形成等。例2.如圖所示，AB為有機(jī)玻璃棒，A、B之間距離為s，使一光脈沖信號從有機(jī)玻璃棒中間入射，射入后在有機(jī)玻璃棒與空氣的界面上恰好發(fā)生全反射，由A點(diǎn)傳輸?shù)紹點(diǎn)所用時(shí)間為t，求有機(jī)玻璃棒的折射率n。(已知光在真空中的傳播速度為c)變式訓(xùn)練2－1.如圖甲所示，夏天，在平靜無風(fēng)的海面上，向遠(yuǎn)方望去，有時(shí)能看到山峰、船舶、樓臺、亭閣、集市、廟宇等出現(xiàn)在遠(yuǎn)方的空中。古人不明白產(chǎn)生這種景象的原因，對它作了不科學(xué)的解釋，認(rèn)為是海中蛟龍(即蜃)吐出的氣結(jié)成的，因而叫做“海市蜃樓”，也叫蜃景。如圖乙所示，沙漠里有時(shí)也會(huì)看到遠(yuǎn)處的水源、仙人掌近在咫尺，可望而不可即，這也是“蜃景”。下列有關(guān)蜃景的說法中錯(cuò)誤的是()A．海面上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要小B．沙面上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要小C．A是蜃景，B是景物D．C是蜃景，D是景物變式訓(xùn)練2－2.如圖所示，平靜湖面岸邊的垂釣者，眼睛恰好位于岸邊P點(diǎn)正上方0.9m的高度處，浮標(biāo)Q離P點(diǎn)1.2m遠(yuǎn)，魚餌燈M在浮標(biāo)正前方1.8m處的水下，垂釣者發(fā)現(xiàn)魚餌燈剛好被浮標(biāo)擋住，已知水的折射率n＝eq\f(4,3)，求：(1)魚餌燈離水面的深度；(2)若魚餌燈緩慢豎直上浮，當(dāng)它離水面多深時(shí)，魚餌燈發(fā)出的光恰好無法從水面PQ間射出。

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁自主學(xué)習(xí)一、1．較小較大小光疏光密光密光疏2．(1)折射反射(2)入射角(3)①光密光疏②等于或大于(4)eq\f(1,n)二、等腰直角三角形方向三、1．全反射2．內(nèi)芯外套大全反射判一判〖提示〗：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×(6)√(7)√想一想(1)〖提示〗：不能。光密介質(zhì)、光疏介質(zhì)是對確定的兩種介質(zhì)的折射率相比較而確定的，只有一種介質(zhì)是無法比較折射率的，從而無法確定它是光疏介質(zhì)還是光密介質(zhì)。(2)〖提示〗：水或玻璃中的氣泡相對水或玻璃是光疏介質(zhì)，光經(jīng)過水或玻璃照射氣泡時(shí)，一部分光會(huì)發(fā)生全反射，相對于其他物體而言，有更多的光反射到人眼中，就好像光是由氣泡發(fā)出的，因此人眼感覺水或玻璃中的氣泡特別明亮。(3)〖提示〗：光纖的工作原理是全反射，要由兩種介質(zhì)配合才能產(chǎn)生全反射現(xiàn)象。核心探究例1.〖解析〗在界面Ⅰ上光由空氣進(jìn)入玻璃磚，是由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，不管入射角多大，都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象，A錯(cuò)誤，C正確；在界面Ⅱ上光由玻璃進(jìn)入空氣，是由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，但是，由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行，光由界面Ⅰ進(jìn)入玻璃后再到達(dá)界面Ⅱ，在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角，故入射角總是小于臨界角，因此也不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象，B錯(cuò)誤，D正確?！即鸢浮紺D變式訓(xùn)練1.〖答案〗A〖解析〗大頭針末端射到軟木片邊緣的光線恰好發(fā)生全反射時(shí)，在水面上看不到大頭針，且大頭針末端離水面的距離最大，此時(shí)sinC＝eq\f(r,\r(r2＋h2))，又sinC＝eq\f(1,n)，解得h＝eq\f(\r(7),3)r，A正確。例2.〖解析〗設(shè)有機(jī)玻璃棒的折射率為n，則有sinα＝sinC＝eq\f(1,n)①n＝eq\f(c,v)②t＝eq\f(\f(s,sinα),v)＝eq\f(s,vsinα)③由①②③式解得t＝eq\f(s,\f(c,n)·\f(1,n))＝eq\f(sn2,c)，所以n＝eq\r(\f(ct,s))?！即鸢浮絜q\r(\f(ct,s))變式訓(xùn)練2－1.〖答案〗B〖解析〗海面上，下層空氣的溫度比上層低，則下層空氣的密度比上層要大，故下層空氣的折射率比上層空氣的折射率要大，A正確；由于人眼認(rèn)為光是沿直線傳播的，故A是蜃景，B是景物，C正確；太陽照到沙面上，接近沙面的熱空氣層比上層空氣的密度小，折射率也小，即上層空氣的折射率大，B錯(cuò)誤；從遠(yuǎn)處物體射向沙面的光線，進(jìn)入折射率小的熱空氣層時(shí)被折射，入射角逐漸增大，會(huì)發(fā)生全反射，人們逆著光線看去，就會(huì)看到遠(yuǎn)處物體的倒影，故C是蜃景，D是景物，D正確。變式訓(xùn)練2－2.〖答案〗(1)2.4m(2)1.59m〖解析〗(1)設(shè)入射角、折射角分別為i、r，設(shè)魚餌燈離水面的深度為h2。則有：sini＝eq\f(s1,\r(s\o\al(2,1)＋h\o\al(2,1)))sinr＝eq\f(s2,\r(s\o\al(2,2