物理选择性必修 第一册3 光的全反射授课ppt课件

这是一份物理选择性必修 第一册3 光的全反射授课ppt课件，共35页。PPT课件主要包含了目录索引等内容，欢迎下载使用。

1.知道全反射、临界角的概念。(物理观念)2.知道全反射现象,理解全反射的条件,能用全反射原理解释相关现象。(科学思维)3.了解全反射棱镜及光导纤维的工作原理和在生产、生活中的应用。(科学态度与责任)
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
一、全反射现象　　两种介质比较,折射率大的介质光从光密介质射到光疏介质的界面时,全部被反射回原介质中传播的现象叫作　　　　　　。 
二、发生全反射的条件1.临界角我们把光从某种介质射向真空或空气、折射角为90°时的　　　　　　,称为这种介质的临界角。 2.全反射的条件 同时具备下面两个条件(1)光从光密介质射至　　　　介质的界面上。 (2)入射角等于或大于临界角。3.临界角与折射率的关系(1)定性关系:介质折射率越大,发生全反射的临界角越小,越　　　　发生全反射。 (2)定量关系:光由介质射向空气(或真空),sin C=　　　　。 
三、全反射的应用——光导纤维光导纤维是非常细的特制玻璃丝,由两种折射率不同的玻璃制成,内层玻璃的折射率比外层玻璃的折射率大,光传播时,在两层玻璃的界面上发生　　　　　　。 光纤通信的主要优点:容量大、衰减小、　　　　　　　　强、传输质量高。
情境链接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?
教材拓展阅读教材P105“发展空间”后回答:什么是全反射棱镜?什么是海市蜃楼?
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。
提示 横截面是等腰直角三角形的玻璃砖叫作全反射棱镜。海市蜃楼是光在空气中发生折射和全反射形成的光学幻景。
易错辨析(1)光从空气射入水中时可能发生全反射现象。(　　)(2)密度大的介质就是光密介质。(　　)(3)两种介质相比较,折射率大的介质是光密介质。(　　)(4)只要入射角足够大,就能发生全反射。(　　)
探究点一　对全反射的理解
导学探究如图所示,一束光沿半圆形玻璃砖的半径射到其平直的边上,并在该界面处发生反射和折射。当逐渐增大入射角时,将看到什么现象?
提示 入射角逐渐增大的过程中,折射角逐渐增大;折射光线亮度逐渐变暗;反射角逐渐增大;反射光线亮度逐渐变亮;当入射角增大到某一角度时,折射光线消失,光线将全部反射回光密介质中。
知识归纳(1)全反射遵循的规律:发生全反射时,光全部返回原介质,入射光与反射光遵循光的反射定律,由于不存在折射光线,光的折射定律不再适用。(2)从能量角度来理解全反射: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,反射光的能量等于入射光的能量。(3)临界角表达式:光由折射率为n的介质射向真空或空气时,若刚好发生全
特别提示　(1)光必须从光密介质射入光疏介质才能发生全反射。(2)入射角大于或等于临界角才能发生全反射。(3)利用好光路图中的临界光线,准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键,且在作光路图时比例应与实际相符,这样更有利于问题的分析。
解析 由题可知sin C= ,所以临界角为C=45°,因此从D点发出的光,竖直向上从M点射出的光线恰好是出射光线的边缘,同时C点也恰好是出射光线的边缘,如图所示,因此光线只能从MC段射出,根据几何关系可知,M恰好为AC的中点,因此在AA'C'C平面上有一半的面积有光线射出,故A、B错误;由于频率越小,折射率越小,当光源发出的光的频率变小时,折射率也会变小,导致临界角增大,出射光线区域的面积将增大,故C正确,D错误。
对点演练1(多选)如图所示,ABCD是两面平行的透明玻璃砖,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
解析 在界面Ⅰ,光由空气进入玻璃砖,是由光疏介质进入光密介质,不管入射角多大,都不能发生全反射现象,选项A错误,C正确;在界面Ⅱ,光由玻璃进入空气,是由光密介质进入光疏介质,但是,由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行,光由界面Ⅰ进入玻璃后再到达界面Ⅱ,在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角,入射角总是小于临界角,因此也不会发生全反射现象,选项B错误,D正确。
探究点二　全反射的应用
导学探究光导纤维的结构示意图如图所示,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。
知识归纳1.全反射棱镜的作用及应用(1)作用:全反射棱镜是一种特殊的棱镜,在光学仪器中用来改变光的方向。(2)应用:对于精密的光学仪器,如照相机、望远镜、显微镜等,就需要用全反射棱镜代替平面镜,以消除多余的像。2.光导纤维(1)光导纤维的传播原理: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,光信号又可以转换成电信号,进而变为声音、图像。
(2)光导纤维的折射率:
特别提示　解决全反射问题的解题步骤(1)确定光是从光密介质进入光疏介质。(2)应用sin C= 确定临界角。(3)根据题设条件,判定光在传播时是否发生全反射。(4)如发生全反射,画出入射角等于临界角时的临界光路图。(5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算,解决问题。
应用体验【例2】 如图所示,某种均匀材料制成的透明圆柱体长为L,一单色细光束从圆柱体左端面圆心O点以角i入射,光束进入透明体后恰好不从圆柱体上边界表面射出,在0.56×10-8 s内该光束在圆柱体内经过一系列全反射后从圆柱体的右端面射出,空气中的光速c=3×108 m/s,该介质对该单色光的折射率n= 。求:(1)该单色光的入射角i;(2)该透明圆柱体的长度L。
对点演练2光导纤维(可简化为长玻璃丝)的示意图如图所示,玻璃丝长为L,折射率为n= ,真空中光速为c,AB代表端面。一束单色光从玻璃丝的AB端面以入射角θ入射,若光能传播到另一端面不会从侧壁射出,则入射角需要满足条件(　　)
解析 设光束在光导纤维端面的入射角为θ,折射角为α,折射光线射向侧面时的入射角为β,要保证不会有光线从侧壁射出来,其含义是能在侧壁发生
1.(全反射的理解)现在城市公园的水池底大多都安装有彩灯,当一束由红、绿两色组成的复色光从水中射向空气时,下列光路图可能正确的是(　　)
解析 当两种色光都能折射到空气中时,红光与绿光的折射率不同,由于红光的折射率比绿光小,在入射角相等时,红光折射角小;光线射到水面时一定有反射,所以反射光中红光和绿光都有,A可能正确,C、D错误。由于红光的折射率比绿光小,由临界角公式sin C= 可知,红光的临界角比绿光大,所以在水面上若绿光不发生全反射,则红光也一定不会发生全反射,B错误。
2.(全反射的应用)如图所示,边长为a的立方体透明物质的EFGH面的正中心有一点光源,可向各个方向射出单色光,在ABCD面上有光射出的范围的面积为 a2(不考虑光在其他面上的反射),则这种透明物质对此单色光的折射率等于(　　)
3.(光导纤维)(多选)我国的光纤通信技术处于世界领先水平。光纤主要由内芯(内层玻璃)和外套(外层玻璃)组成。若某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为43°(sin 43°=0.68,cs 43°=0.73),则下列说法正确的是(　　)A.光纤外套的折射率比内芯小B.光纤外套的折射率比内芯大C.该种光纤内芯的折射率约为1.5D.该种光纤内芯的折射率约为1.4
解析 光在内芯中传播时,在内芯和外套的界面上发生全反射,所以内芯是光密介质,外套是光疏介质,即光纤外套的折射率比内芯小,故A正确,B错误;该种光纤内芯的折射率约为n= =1.5,故C正确,D错误。
4.(全反射的应用)(多选)(2023山东聊城高二期末)现有一三棱柱工件,由透明玻璃材料组成,其截面ABC为直角三角形,∠C=30°,如图所示。现有一条光线沿着截面从AC边上的O点以45°的入射角射入工件,折射后到达BC边发生全反射,并垂直于AB边射出。已知CO= AC=L,下列说法正确的是(　　)A.光线在AC边的折射角为37°B.该透明玻璃的折射率为C.光线在透明玻璃材料中发生全反射的临界角为60°D.光线在BC边的入射角为60°