人教版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光2 全反射优秀ppt课件

高中物理新教材特点分析及教学策略

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2　全反射

[学习目标]　1.知道光疏介质和光密介质，理解它们的相对性.2.知道光的全反射，会利用全反射解释有关现象.3.理解临界角的概念，能判断是否发生全反射并能画出相应的光路图.4.了解全反射棱镜和光导纤维．

一、全反射

1．光疏介质和光密介质

(1)光疏介质：折射率较小(填“大”或“小”)的介质．

(2)光密介质：折射率较大(填“大”或“小”)的介质．

(3)光疏介质与光密介质是相对(填“相对”或“绝对”)的．

2．全反射现象

(1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射．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，只剩下反射光的现象．

(2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角．光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sin C＝.

(3)全反射发生的条件

①光从光密介质射入光疏介质．

②入射角等于或大于临界角．

二、全反射棱镜

1．形状：截面为等腰直角三角形的棱镜．

2．全反射棱镜的特点：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．

三、光导纤维

1．原理：利用了光的全反射．

2．构造：由内芯和外套两层组成．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．光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等．

4．光纤通信的优点是传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强等．

1．判断下列说法的正误．

(1)入射角大于临界角就会发生全反射现象．(　  　)

(2)光密介质是指密度大的介质．(　  　)

(3)沿着任意方向射入全反射棱镜的光都能发生全反射．(　  　)

(4)光导纤维的内芯是光密介质，外套是光疏介质．(　  　)

(5)光在光纤中传播时，在内芯与外套的界面上发生全反射．(　  　)

2.一束光从某介质进入真空，方向如图所示，则该介质的折射率为________；逐渐增大入射角，光线________(填“能”或“不能”)发生全反射；若使光发生全反射，应使光从________射入__________，且入射角大于等于________．

一、全反射

导学探究

夏季的早晨，从某一方向看植物叶子上的露珠会格外明亮，水中的气泡看上去也特别明亮，这是什么原因呢？

知识深化

1．光疏介质和光密介质

(1)光疏介质和光密介质的比较

(2)相对性：光疏介质、光密介质是相对的．任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介质或光密介质．

(3)光疏和光密是从介质的光学特性来说的，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质．

2．全反射

(1)发生全反射的条件：

①光由光密介质射入光疏介质．

②入射角大于或等于临界角．

(2)当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大．同时折射光线强度减弱，即折射光线的能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光线的能量等于入射光的能量．

例1　一束光以45°的入射角从AB面射入如图所示的透明三棱镜中，棱镜折射率n＝.试求光在AB面的折射角，并在图中画出该光束在棱镜中的光路．

针对训练1　为了表演“隐形的大头针”节目，某同学在半径为r的圆形薄软木片中心垂直插入一枚大头针，并将其放入盛有水的碗中，如图所示．已知水的折射率为，为了保证表演成功(在水面上看不到大头针)，大头针末端离水面的最大距离h为(　　)

A.r   B.r 

C.r   D.r

二、全反射棱镜

导学探究

如图所示，自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理．它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车．尾灯的原理如图所示，你知道汽车灯光是从尾灯的哪面射过来的，又是在哪面发生的全反射吗？

知识深化

1．全反射棱镜

横截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜为全反射棱镜，它在光学仪器中由于反射率几乎可达100%，常用来代替平面镜来改变光的方向．

2．全反射棱镜改变光路的几种情况

例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(　　)

三、光导纤维

导学探究

如图所示，用激光笔发出的光射入一根弯曲的有机玻璃棒的一端，观察光传播的路径有什么特点？

知识深化

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，进而转变为声音、图像．

2．光导纤维的折射率

设光导纤维的折射率为n，当入射角为θ1时，进入光导纤维的光线传到侧面恰好发生全反射，由图可知：当θ1增大时，θ2增大，由光导纤维射向空气的光线的入射角θ减小，当θ1＝90°时，若θ＝C，则所有进入光导纤维中的光线都能发生全反射，则有：sin C＝，n＝，C＋θ2＝90°，由以上各式可得：sin θ1＝，解得n＝.

以上是光从光导纤维射向真空时得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此光导纤维折射率要比大些．

例3　光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播，下列关于光导纤维的说法正确的是(　　)

A．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

B．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射

C．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生折射

D．内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用

针对训练2　(2022·福州一中月考)如图所示，一玻璃工件折射率为n，左侧是半径为R的半球体，右侧是长为8R、直径为2R的圆柱体，一细光束频率为f，沿半球体半径方向射入工件，最终这束光都能到达圆柱体的右端面，忽略光在圆柱体端面的反射，已知光在真空中的传播速度为c.求：

(1)光在玻璃工件中的波长；

(2)光在工件中传播的最长时间．

考点一　对全反射的理解

1．(多选)关于全反射，下列说法正确的是(　　)

A．光从光密介质射向光疏介质时可能发生全反射

B．光从光疏介质射向光密介质时可能发生全反射

C．光从折射率大的介质射向折射率小的介质时可能发生全反射

D．光从传播速度小的介质射向传播速度大的介质时可能发生全反射

2.(多选)如图所示，ABCD是两面平行的足够大的透明玻璃砖，AB面和CD面是玻璃和空气的分界面，分别设为界面Ⅰ和界面Ⅱ.光线从界面Ⅰ射入玻璃砖，再从界面Ⅱ射出，回到空气中，如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角，则(　　)

A．只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象

B．只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象

C．不管入射角多大，光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象

D．不管入射角多大，光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象

3．水中的空气泡、玻璃中的空气泡，看上去比较亮，对这一现象表述正确的是(　　)

A．空气泡对光线有会聚作用

B．空气泡对光线有发散作用

C．从空气泡到达水或玻璃与气泡分界面处的光一部分发生全反射形成的

D．从水中或玻璃中射到空气泡界面处的光一部分发生全反射形成的

考点二　全反射的应用与计算

4.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①

B．平行于入射光线的光线②

C．平行于CB边的光线③

D．沿AB边的光线④

5.如图所示是两个城市间光缆中的一条光导纤维的一段，光缆总长为L，它的玻璃芯的折射率为n1，外层材料的折射率为n2.若光在空气中的传播速度近似为c，则对于光由它的一端射入经多次全反射后从另一端射出的过程，下列判断中正确的是(　　)

A．n1<n2，光通过光缆的时间等于

B．n1<n2，光通过光缆的时间大于

C．n1>n2，光通过光缆的时间等于

D．n1>n2，光通过光缆的时间大于

6.如图所示，一束单色光沿半圆柱形玻璃砖的半径垂直于ab面入射，有光线从ab面射出．以O点为圆心，将玻璃砖缓慢转过θ角时，恰好没有光线从ab面射出，则该玻璃砖的折射率为(　　)

A.   B.

C.   D.

7.某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上，将激光束垂直于AC面射入，可以看到光束从圆弧面ABC出射，沿AC方向缓慢平移该砖，在如图所示位置时，出射光束恰好消失，该材料的折射率为(　　)

A．1.2  B．1.4  C．1.6  D．1.8

8.(2020·浙江7月选考)如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角θ＝60°时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行．已知真空中的光速为c，则(　　)

A．玻璃砖的折射率为1.5

B．O、P之间的距离为R

C．光在玻璃砖内的传播速度为c

D．光从玻璃到空气的临界角为30°

9.光导纤维技术在现代生产、生活与科技方面得以广泛应用．如图所示是一个质量分布均匀的有机玻璃圆柱的横截面，B、C为圆上两点，一束单色光沿AB方向射入，然后从C点射出，已知∠ABO＝127°，∠BOC＝120°，真空中光速c＝3×108 m/s，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6.则(　　)

A．光在该有机玻璃中的传播速度为1.875×108 m/s

B．光在该有机玻璃中的折射率为1.8

C．光在该有机玻璃中发生全反射的临界角为53°

D．若将该材料做成长300 km的光导纤维，此单色光在光导纤维中传播的最短时间为1×10－3 s

10. 如图所示，一束光从空气中垂直入射到折射率为的直角三棱镜．求从棱镜第一次射出的光线与原入射方向的偏转角度．

11．一足够大的水池水深h＝ m，水池底部中心有一点光源S，其中一条光线斜射到水面上，其在水面上的折射光线和反射光线恰好垂直，并测得点光源S到水面反射点的距离L＝2 m．求：

(1)水的折射率n；

(2)水面上能被光源照亮部分的面积(取π＝3)．