物理鲁科版 (2019)光的全反射学案设计

这是一份物理鲁科版 (2019)光的全反射学案设计，共9页。
[学习目标] 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.通过实验了解全反射现象，掌握临界角的概念和发生全反射的条件，能判断是否发生全反射(重点)。3.能利用光的折射定律和全反射条件解释自然现象。4.理解全反射棱镜的工作原理，了解全反射棱镜的应用(难点)。5.理解光导纤维的工作原理，了解光导纤维的应用(难点)。
一、全反射及其产生条件
夏天的早晨，从某方向看植物叶子上的露珠会格外明亮。玻璃中的气泡从侧面看也是特别明亮。这是什么道理呢？
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1．全反射
光从某种介质入射到空气中时，折射角________入射角，当入射角增大到一定程度时，________完全消失，全部光都被__________回介质内。这种现象称为全反射现象，简称全反射。
说明：当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，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，光全部返回原来的介质，反射光线的能量等于入射光线的能量。
2．临界角
(1)定义：刚好发生全反射，即折射角等于________时的入射角，用字母________表示，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________。
(2)不同介质的临界角________(填“相同”或“不同”)。
(3)介质的临界角越小就越________(填“容易”或“不容易”)发生全反射。
3．光疏介质和光密介质
(1)光疏介质：折射率较________(填“大”或“小”)的介质。
(2)光密介质：折射率较________(填“大”或“小”)的介质。
(3)光疏介质与光密介质是________(填“相对”或“绝对”)的。例如：水晶与水相比，水晶为________介质，水为________介质；水与空气相比，水为__________介质，空气为________介质。
4．发生全反射的条件
(1)光从________介质射入________介质。
(2)入射角______________临界角。
1．“两种介质相比较，密度大的介质一定是光密介质”，这种说法对吗？试举例说明。
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2．“当光从水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”(已知n水＝1.33，n玻＝1.50～2.00)，这种说法正确吗？为什么？
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(1)光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象。 ( )
(2)发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线。 ( )
(3)同一束光，在光密介质中的传播速度较大。 ( )
例1 (2023·三明市高二月考)一束光线从折射率为1.5的玻璃射入空气，在界面上的入射角为45°。如图所示的四个光路图中正确的是( )
例2 (2023·福建莆田华侨中学高二期中)在一个半径为r的圆形轻木塞中心插一大头针，然后把它倒放在液体中，调节大头针插入的深度，当针头在水面下深度为d时，观察者不论在液面上方何处，都刚好看不到液体下方的大头针(如图所示)。求液体的折射率。
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拓展 若在深度d处有一点光源，能发出红光和紫光两种色光，则这两种色光在水面形成的光斑面积哪个更大？(通过计算说明)
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二、全反射现象
1.当熏黑的铁球放入水中时，球面和水之间形成________。日光从水照射到空气层时，会有部分光发生________，球看上去就变得锃亮了(如图)。
2．鱼缸中上升的气泡亮晶晶的，也是由于光射到气泡上发生了________。
3．沙漠蜃景
太阳照到沙地上，接近地面的热空气比上层空气的密度小，折射率也________。从远处物体射向地面的光，进入折射率较小的热空气层时被折射。当入射角________临界角时发生全反射，人们逆着反射光看去，就会看到远处物体的倒景(如图)。
例3 (多选)夏天，海面上出现了蜃景，如图所示，下列说法正确的是( )
A．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要小
B．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要大
C．A是景物，B是蜃景
D．A是蜃景，B是景物
三、全反射棱镜
1．图形横截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜(各种玻璃的临界角为30°～42°)，甲、乙两幅图中光线垂直界面射入棱镜，在棱镜内发生了什么现象？其作用是什么？
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2.图中，光线以平行于斜边的方向从图示界面射入棱镜，在棱镜内会发生什么现象？画出光路图。
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1．全反射棱镜：截面为____________三角形的棱镜。
2．全反射棱镜改变光路的几种情况
3.特点：全反射棱镜比平面镜的反射率高，几乎可达100%。反射面不必涂任何反光物质，反射失真小。
4．应用：双筒望远镜、潜望镜、自行车尾灯等。
(1)全反射棱镜可以使光线传播的方向改变90°。( )
(2)用任意一种材料制作的等腰直角三棱镜都是全反射棱镜。 ( )
(3)全反射棱镜和平面镜相比，反射时能量损失要小。( )
例4 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( )
四、光导纤维及其应用
1．光导纤维的工作原理
(1)光导纤维：把石英玻璃拉成直径几微米到几十微米的细丝，再包上折射率比它________的材料，就制成了光导纤维，简称________。
(2)传导原理：光纤一般由折射率较______的玻璃内芯和折射率较____________的外层透明介质组成。光在光纤内传播时，由光密介质(n1)入射到光疏介质(n2)，若入射角____________，光就会在光纤内不断发生全反射。
(3)作用：传输光、图像或者其他信息。
(4)应用：光纤通信，医学及工业内窥镜，饰品等。
2．光纤通信的优点
光缆大大增加了声音、图像和数据量的传输，其通信容量远大于电缆。
(1)光导纤维内芯折射率比外套的折射率小。 ( )
(2)光在光导纤维中传播时会在内芯与外套的界面上发生全反射。( )
(3)容量大和抗干扰能力强都是光纤通信的优点。( )
例5 (2024·苏州市高二月考)如图所示，一根长为L的直圆柱状光导纤维，当一束激光射向它的左端面中点，且光线与端面夹角为30°时，恰好不能从侧壁射出，光在真空中的传播速度为c。
(1)求该光导纤维的折射率；
(2)调整激光束的入射方向，试求光在光导纤维中经历的最长时间t。
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拓展 调整激光束的入射方向，光在光导纤维中经历的最短时间是多少？
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第3节 光的全反射
第4节 光导纤维及其应用
一、光照射露珠或经玻璃照射气泡时，一部分光会发生全反射，将有更多的光反射到人的眼睛里，人就会感觉特别明亮。
梳理与总结
1．大于 折射光 反射
2．(1)90° C sin C＝eq \f(1,n) (2)不同
(3)容易
3．(1)小 (2)大 (3)相对 光密 光疏 光密 光疏
4．(1)光密 光疏 (2)大于等于
思考与讨论
1．不对，折射率反映介质光学性质的物理量，与介质的密度没有必然联系。酒精和水相比较，ρ酒精n水。
2．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。
二、1.空气层 全反射 2.全反射
3．小 大于
三、
1．棱镜内发生了全反射现象，其作用是改变光的传播方向。
2.棱镜内发生了全反射现象，光线传播方向发生了侧移，如图所示。
梳理与总结
1．等腰直角
2．90° 180° 0°(发生侧移)
四、
1．(1)小 光纤 (2)高 低 i≥C
一、
易错辨析
(1)× (2)× (3)×
例1 A [设玻璃的临界角为C，则有sin C＝eq \f(1,n)＝eq \f(2,3)