4-2全反射(人教版2019選擇性必修第一冊(cè))(原卷版)

第四章光第2節(jié)全反射重點(diǎn)+難點(diǎn)核心素養(yǎng)解讀1.知道光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)，理解它們的相對(duì)性.2.知道光的全反射，會(huì)利用全反射解釋有關(guān)現(xiàn)象.3.理解臨界角的概念，能判斷是否發(fā)生全反射并能畫(huà)出相應(yīng)的光路圖.4.了解全反射棱鏡和光導(dǎo)纖維．1.物理觀念：理解光的全反射，建立全反射的概念，掌握臨界角的概念．2.科學(xué)探究：觀察演示實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)光的全反射的規(guī)律，歸納全反射發(fā)生的條件．知識(shí)點(diǎn)一全反射1．光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)(1)光疏介質(zhì)：折射率較(填“大”或“小”)的介質(zhì)．(2)光密介質(zhì)：折射率較(填“大”或“小”)的介質(zhì)．(3)光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)是(填“相對(duì)”或“絕對(duì)”)的．2．全反射現(xiàn)象(1)全反射：光從介質(zhì)射入介質(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，只剩下光的現(xiàn)象．(2)臨界角：剛好發(fā)生全反射，即折射角等于時(shí)的入射角．光從射入時(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sinC＝eq\f(1,n).(3)全反射發(fā)生的條件①光從介質(zhì)射入介質(zhì)．②入射角臨界角．知識(shí)點(diǎn)二全反射棱鏡1．形狀：截面為三角形的棱鏡．2．全反射棱鏡的特點(diǎn)：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，與平面鏡相比，它的反射率很高．知識(shí)點(diǎn)三光導(dǎo)纖維1．原理：利用了光的．2．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．3．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．4．光纖通信的優(yōu)點(diǎn)是傳輸容量、衰減、抗干擾性及保密性強(qiáng)等．易錯(cuò)易混點(diǎn)一全反射發(fā)生條件易錯(cuò)易混點(diǎn)1.1對(duì)光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)認(rèn)識(shí)不清。例1．下列說(shuō)法中正確的是()A．因?yàn)樗拿芏却笥诰凭拿芏?，所以水是光密介質(zhì)B．因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎?，所以任何情況下水都是光疏介質(zhì)C．同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較大D．同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較小易錯(cuò)易混點(diǎn)1.1剖析1．光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)(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)．易錯(cuò)易混點(diǎn)1.2對(duì)全反射發(fā)生條件認(rèn)識(shí)不清。例2．如圖所示為一塊建筑用幕墻玻璃的剖面圖，在其上建立直角坐標(biāo)系xOy，設(shè)該玻璃的折射率沿y軸正方向均勻發(fā)生變化．現(xiàn)有一單色光a以某一入射角θ由空氣射入該玻璃內(nèi)部，且單色光a在該玻璃內(nèi)部的傳播路徑如圖中實(shí)線所示．則玻璃的折射率沿y軸正方向發(fā)生變化的情況是()A．折射率沿y軸正方向均勻減小B．折射率沿y軸正方向均勻增大C．折射率沿y軸正方向先均勻減小后均勻增大D．折射率沿y軸正方向先均勻增大后均勻減小易錯(cuò)易混點(diǎn)1.2剖析全反射(1)發(fā)生全反射的條件：①光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)．②入射角大于或等于臨界角．(2)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，即折射光線的能量減小，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，反射光線的能量等于入射光的能量．易錯(cuò)易混點(diǎn)二臨界角易錯(cuò)易混點(diǎn)2.1對(duì)臨界角概念不清晰例3．如圖所示，一束入射光AO從某種介質(zhì)以入射角α射入空氣，以O(shè)點(diǎn)為圓心、R1為半徑畫(huà)圓C1，與折射光線OB交于M點(diǎn)，過(guò)M點(diǎn)向兩介質(zhì)的交界面作垂線，與入射光線AO的延長(zhǎng)線交于N點(diǎn)，以O(shè)點(diǎn)為圓心、ON為半徑畫(huà)另一個(gè)圓C2，測(cè)得該圓的半徑為R2，下列說(shuō)法中不正確的是()A．該介質(zhì)的折射率為eq\f(R2,R1)B．若光由介質(zhì)射入空氣發(fā)生全反射，則臨界角的正弦值為sinC＝eq\f(R1,R2)C．若過(guò)圓C1與界面的交點(diǎn)D作界面的垂線交圓C2于P點(diǎn)，則OP與法線所夾的銳角等于全反射的臨界角D．若入射光的強(qiáng)度保持不變，逐漸增大入射角α，則折射光的強(qiáng)度將逐漸增加易錯(cuò)易混點(diǎn)2.1剖析臨界角(1)定義：剛好發(fā)生全反射(即折射角為90°)時(shí)的入射角為全反射的臨界角，用C表示．(2)表達(dá)式：光由折射率為n的介質(zhì)射向真空或空氣時(shí)，若剛好發(fā)生全反射，則折射角恰好等于90°，n＝eq\f(sin90°,sinC)，即sinC＝eq\f(1,n).(3)不同色光的臨界角：不同顏色的光由同一介質(zhì)射向空氣或真空時(shí)，頻率越高的光的臨界角越小，越易發(fā)生全反射．易錯(cuò)易混點(diǎn)2.2對(duì)全反射光路圖不清晰例4.一束光以45°的入射角從AB面射入如圖所示的透明三棱鏡中，棱鏡折射率n＝eq\r(2).試求光在AB面的折射角，并在圖中畫(huà)出該光束在棱鏡中的光路．易錯(cuò)易混點(diǎn)2.2剖析求解全反射問(wèn)題的思路1．求解全反射問(wèn)題的步驟(1)確定光是由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)還是由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)．(2)若光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，則根據(jù)sinC＝eq\f(1,n)確定臨界角，看是否發(fā)生全反射．(3)根據(jù)題設(shè)條件，畫(huà)出入射角等于臨界角的臨界光路．(4)運(yùn)用幾何關(guān)系、三角函數(shù)關(guān)系、反射定律等進(jìn)行判斷推理、運(yùn)算及變換，從而進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析或定量計(jì)算．2．求光線照射的范圍時(shí)，關(guān)鍵是找出邊界光線，如果發(fā)生全反射，剛好能發(fā)生全反射時(shí)的臨界光線就是一條邊界光線，而另一條光線可以通過(guò)分析找出．確定臨界光線時(shí)，關(guān)鍵是確定光線在什么位置時(shí)入射角等于臨界角．針對(duì)訓(xùn)練1.(多選)關(guān)于全反射，下列說(shuō)法正確的是()A．光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)可能發(fā)生全反射B．光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)可能發(fā)生全反射C．光從折射率大的介質(zhì)射向折射率小的介質(zhì)時(shí)可能發(fā)生全反射D．光從傳播速度小的介質(zhì)射向傳播速度大的介質(zhì)時(shí)可能發(fā)生全反射2.(多選)如圖所示，ABCD是兩面平行的足夠大的透明玻璃磚，AB面和CD面是玻璃和空氣的分界面，分別設(shè)為界面Ⅰ和界面Ⅱ.光線從界面Ⅰ射入玻璃磚，再?gòu)慕缑姊蛏涑?，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3.水中的空氣泡、玻璃中的空氣泡，看上去比較亮，對(duì)這一現(xiàn)象表述正確的是()A．空氣泡對(duì)光線有會(huì)聚作用B．空氣泡對(duì)光線有發(fā)散作用C．從空氣泡到達(dá)水或玻璃與氣泡分界面處的光一部分發(fā)生全反射形成的D．從水中或玻璃中射到空氣泡界面處的光一部分發(fā)生全反射形成的4.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()5.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，下列關(guān)于光導(dǎo)纖維的說(shuō)法正確的是()A．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B．內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射C．內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生折射D．內(nèi)芯的折射率與外套的相同，外套的材料有韌性，可以起保護(hù)作用6.(2022·福州一中月考)如圖所示，一玻璃工件折射率為n，左側(cè)是半徑為R的半球體，右側(cè)是長(zhǎng)為8R、直徑為2R的圓柱體，一細(xì)光束頻率為f，沿半球體半徑方向射入工件，最終這束光都能到達(dá)圓柱體的右端面，忽略光在圓柱體端面的反射，已知光在真空中的傳播速度為c.求：(1)光在玻璃工件中的波長(zhǎng)；(2)光在工件中傳播的最長(zhǎng)時(shí)間．7.自行車(chē)上的紅色尾燈不僅是裝飾品，也是夜間騎車(chē)的安全指示燈，它能把來(lái)自后面的光線反射回去，某種自行車(chē)尾燈可簡(jiǎn)化為由許多整齊排列的等腰直角棱鏡(折射率n>eq\r(2))組成，棱鏡的橫截面如圖所示，一平行于橫截面的光線從O點(diǎn)垂直AB邊射入棱鏡，先后經(jīng)過(guò)AC和CB邊反射后，從AB邊的O′點(diǎn)射出，則出射光線是()A．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．沿AB邊的光線④8.如圖所示是兩個(gè)城市間光纜中的一條光導(dǎo)纖維的一段，光纜總長(zhǎng)為L(zhǎng)，它的玻璃芯的折射率為n1，外層材料的折射率為n2.若光在空氣中的傳播速度近似為c，則對(duì)于光由它的一端射入經(jīng)多次全反射后從另一端射出的過(guò)程，下列判斷中正確的是()A．n1<n2，光通過(guò)光纜的時(shí)間等于eq\f(n1L,c)B．n1<n2，光通過(guò)光纜的時(shí)間大于eq\f(n1L,c)C．n1>n2，光通過(guò)光纜的時(shí)間等于eq\f(n1L,c)D．n1>n2，光通過(guò)光纜的時(shí)間大于eq\f(n1L,c)9.如圖所示，一束單色光沿半圓柱形玻璃磚的半徑垂直于ab面入射，有光線從ab面射出．以O(shè)點(diǎn)為圓心，將玻璃磚緩慢轉(zhuǎn)過(guò)θ角時(shí)，恰好沒(méi)有光線從ab面射出，則該玻璃磚的折射率為()A.eq\f(1,sin\f(θ,2)) B.eq\f(1,sinθ)C.eq\f(1,sin2θ) D.eq\f(1,2sinθ)10.