人教版 (2019)选择性必修第一册第四章光2 全反射授课课件ppt

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第四章2022内容索引自主预习新知导学合作探究释疑解惑课堂小结随堂练习课标定位素养阐释1.知道什么是光疏介质和光密介质,理解它们具有相对性。2.理解全反射现象,掌握临界角的概念和全反射的条件,并能解决相关问题。3.了解全反射棱镜和光导纤维及其应用。1.理解光疏介质、光密介质、全反射及临界角的概念,形成物理观念。2.利用全反射条件,应用临界角公式解答相关问题,培养科学思维。3.体会全反射的应用,形成科学态度与责任。自主预习新知导学一、全反射1.光疏介质和光密介质(1)对于折射率不同的两种介质,我们把折射率较小的介质称为光疏介质,折射率较大的介质称为光密介质。(2)光疏介质与光密介质是相对的。2.全反射当光从光密介质射向光疏介质时,同时发生折射和反射。如果入射角逐渐增大,折射光离法线会越来越远,而且越来越弱,反射光却越来越强。当入射角增大到某一角度,使折射角达到90°时,折射光完全消失,只剩下反射光,这种现象叫作全反射。3.临界角(1)定义:折射角为90°时的入射角叫作临界角。4.发生全反射的条件当光从光密介质射入光疏介质时,如果入射角等于或大于临界角,就会发生全反射现象。二、全反射棱镜1.形状:玻璃棱镜的截面为等腰直角三角形。2.特点:当光垂直于它的一个界面射入后,都会在其内部发生全反射,与平面镜相比,它的反射率很高,几乎可达100%。三、光导纤维1.原理:当光在有机玻璃棒内传播时,如果从有机玻璃射向空气的入射角大于临界角,光会发生全反射,于是光在有机玻璃棒内沿着锯齿形路线传播。2.构造:光导纤维直径从几微米到几十微米之间,由内芯和外层透明介质两层组成,内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。3.应用:光纤通信、医学上的内窥镜。【思考讨论】 1.判断下列说法的正误。(1)光密介质是指密度大的介质。(　　)(2)入射角大于临界角就会发生全反射现象。(　　)(3)全反射棱镜和平面镜都是根据全反射原理制成的。(　　)(4)光在光导纤维中的传播速度小于真空中的光速c。(　　)2.只有一种介质能否确定它是光密介质还是光疏介质?提示:不能。光密介质、光疏介质是对确定的两种介质相比较折射率而确定的,只有一种介质是无法比较折射率的,从而无法确定它是光疏介质还是光密介质。×××√3.为什么水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮?提示:水或玻璃中的气泡是光疏介质,光经过水或玻璃照射气泡时,一部分光会发生全反射,有更多的光反射到人眼中,因此人感觉气泡特别明亮。4.微细的光纤封装在塑料护套中,使得它能够弯曲而不至于断裂,光纤为什么要由两层介质构成?提示:光纤的工作原理是全反射,要由两种介质配合才能产生全反射现象。合作探究释疑解惑【问题引领】当光从水中射向与玻璃的交界面时,只要入射角足够大就会发生全反射,这种说法正确吗?为什么?提示:不正确。要发生全反射必须是光从光密介质射向光疏介质。而水相对玻璃是光疏介质,所以不管入射角多大都不可能发生全反射。【归纳提升】 1.对全反射现象的理解(1)光从一种介质射到另一种介质的界面上,反射现象一定发生,折射现象有可能发生。若发生了全反射,则折射光线消失,折射现象没有发生,反射光的能量等于入射光的能量。(2)全反射现象仍然符合光的反射定律。(3)发生全反射时必须同时满足的两个条件是:光从光密介质射入光疏介质,且入射角大于等于临界角。2.解决全反射问题的思路(1)确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质。(2)若由光密介质进入空气时,则根据sin C= 确定临界角,看是否发生全反射。(3)根据题设条件,画出入射角等于临界角的“临界光路”。(4)运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理,进行动态分析或定量计算。【典型例题】科学思维解决全反射问题的技巧1.准确地作出光路图。2.抓住特殊光线的分析,尤其是正确找出边界光线。如果发生全反射,则刚好发生全反射的临界光线就是边界光线。3.正确利用几何知识或结合临界角与折射率的关系解决。【变式训练1】某种介质对空气的折射率是 ,一束光从该介质射向空气,入射角是60°,则下列光路图中正确的是(图中Ⅰ为空气,Ⅱ为介质)( 　)答案:D解析:由题意知,光由光密介质射向光疏介质,由sin C= ,得C=45°<θ=60°,故在两介质的界面上会发生全反射,只有反射光线,没有折射光线,故选项D正确。【问题引领】如图所示,已知玻璃的折射率为1.5,甲图中当光线垂直BC面入射时,光线到达AC面的入射角是多少?能否发生全反射?乙图中当光线垂直AC面入射时,光线到达AB面的入射角是多少?能否发生全反射?提示:45°　能发生全反射　45°　能发生全反射【归纳提升】 1.全反射棱镜是利用全反射改变光路以便于观察而制成的。2.全反射棱镜改变光路的几种情况:【典型例题】【例题2】自行车上的红色尾灯不仅是装饰品,也是夜间骑车的安全指示灯,它能把来自后面的光线反射回去。某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角棱镜(折射率n> )组成,棱镜的横截面如图所示。一平行于横截面的光线从O点垂直于AB边射入棱镜,先后经过AC和CB边反射后,从AB边的O'点射出,则出射光线是(　　)A.平行于AC边的光线①B.平行于入射光线的光线②C.平行于CB边的光线③D.沿AB边的光线④答案:B解析:由题意可知,等腰直角棱镜的折射率n> ,且sin C= ,得临界角小于45°,由题图可得,光从空气进入棱镜,因入射角为0°,所以光线不偏折。当光从棱镜射向空气时,入射角等于45°,发生全反射,根据几何关系,结合光路可逆可知,出射光线是②,即平行于入射光线,故B正确,A、C、D错误。科学思维当光垂直于它的一个界面射入后,都会在其内部发生全反射,与平面镜相比,它的反射率很高。反射面不涂敷任何反光物质,反射时失真小。【变式训练2】空气中两条光线a和b从方框左侧入射,分别从方框下方和上方射出,其框外光线如图所示。方框内有两个折射率n=1.5的全反射玻璃棱镜。下列选项给出了两棱镜的四种放置方式的示意图。其中能产生图中效果的是(　　)答案:B解析:四个选项的光路图如图所示。可知B项正确。【问题引领】右图是光导纤维的结构示意图,其内芯和外套由两种光学性能不同的介质构成。构成内芯和外套的两种介质,哪个折射率大?为什么?提示:内芯的折射率大。因为当内芯的折射率大于外套的折射率时,光在传播时能发生全反射,光线经过多次全反射后能从一端传到另一端。【归纳提升】 1.构造及传播原理(1)构造:光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝,直径只有几微米到一百微米,如图所示,它是由内芯和外套两层组成的,内芯的折射率大于外套的折射率。(2)传播原理:光由一端进入,在两层的界面上经过多次全反射,从另一端射出,光导纤维可以远距离传播光信号,光信号又可以转换成电信号,进而变为声音、图像。【典型例题】【例题3】某有线制导导弹发射时,在导弹发射基地和导弹间连一根细如蛛丝的特制光纤,它双向传输信号,能达到有线制导作用。光纤由纤芯和包层组成,其剖面如图所示,其中纤芯材料的折射率n1=2,包层折射率n2= ,光纤长度l为6 km。已知当光从折射率为n1的介质射入折射率为n2的介质时,入射角θ1、折射角θ2间满足:n1sin θ1=n2sin θ2。(1)试通过计算说明从光纤一端入射的光信号是否会通过包层“泄漏”出去。(2)若导弹飞行过程中,将有关参数转变为光信号,利用光纤发回发射基地经瞬间处理后转化为指令光信号返回导弹,求信号往返需要的最长时间。答案:(1)见解析　(2)1.6×10-4 s【变式训练3】光导纤维是利用光的全反射来传输光信号的。如图所示,一光导纤维内芯折射率为n1,外层折射率为n2,一束光信号与界面夹角α由内芯射向外层,要在界面发生全反射,必须满足的条件是(　　)A.n1>n2,α小于某一值B.n1n2,α大于某一值D.n1

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