高中物理第十三章第二节全反射学案新人教版选修

1、第十三章 光2.全反射【学习目标】1知道光疏介质和光密介质。 2知道光的全反射现象。3知道介质的临界角与该种介质的折射率之间的关系式。4知道全反射现象的一些实际应用。【重点难点】掌握临界角的概念和发生全反射的条件; 全反射的应用，对全反射现象的解释.【课前预习】1空气、水、酒精、玻璃的折射率的大小:。2物理学中，把折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质叫做光密介质。3光疏介质和光密介质是相对的，第1题中，水相对空气是光密介质，但是它相对玻璃是光疏介质。4根据折射定律可知，光从空气射入水中时，入射角大于折射角；而光从水中射入空气中时，入射角小于折射角。由此得到一个很重要的结论：光从光疏介

2、质射入光密介质时，折射角小于入射角，光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角。5观察演示实验；由实验可以看出，当光沿着半圆形的玻璃砖的半径射到直边上时，一部分光从玻璃砖的直边上折射到空气中，另一部分光反射回玻璃砖内，当逐渐增大入射角时，会看到空气中的折射角在增大，并且折射光线离法线越来越远，而且折射光线越来越弱，反射光线越来越强，当入射角增大到某一角度，使折射角大到90时，折射光线完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫做光的全反射。6我们把刚好发生全反射时（即折射角等于90时）的入射角叫做这种介质的临界角；因为发生全反射时折射角大于入射角，所以只有光从光密介质射入光疏介质时，才可能发生全反射

3、。90空气介质C7 例如：某种介质的折射率为n，临界角为C，则根据临界角是折射角等于90时的入射角，再根据折射定律及光路可逆可得：结论：不同的介质，折射率n不同，所以临界角C也不一样。【预习检测】1光从介质a射向介质b，如果要在a、b介质的分界面上发生全反射，那么必须满足的条件是A a是光密介质，b是光疏介质B 光在介质a中的速度必须大于光在介质b中的速度C 光的入射角必须大于或等于临界角D 必须是单色光2光由折射率为1.5的玻璃射入空气时的临界角是_度；光由折射率为2.42的金刚石射入空气时的临界角是_度。3一束光线通过介质1、2、3时，光路如图所示，则A介质1的折射率最大B介质2的折射率最

4、大C光在介质2中的速度最大D当入射角由450逐渐增大时，在1、2界面上可能发生全反射【参考答案】【预习检测】1.A，C 2. 3.C、D堂中互动【典题探究】知识点一 全反射现象例1如图13-7-8所示，ABCD是两面平行的透明玻璃砖，AB面和CD面平行，它们分别是玻璃和空气的界面，设为界面和界面，光线从界面射入玻璃砖，再从界面射出，回到空气中，如果改变光到达界面时的入射角，则( )图13-7-8A.只要入射角足够大，光线在界面上可能发生全反射现象B.只要入射角足够大，光线在界面上可能发生全反射现象C.不管入射角多大，光线在界面上都不可能发生全反射现象D.不管入射角多大，光线在界面上都不可能发生

5、全反射现象解析：在界面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，都不发生全反射现象，则选项C正确；在界面光由玻璃进入空气，是由光密介质进入光疏介质，但是，由于界面和界面平行，光由界面进入玻璃后再到达界面，在界面上的入射角等于在界面上的折射角，因此入射角总是小于临界角，因此也不会发生全反射现象，选项D也正确，选项C、D正确.答案：CD误区警示 有的同学认为在界面，光由光密介质进入光疏介质，只要入射角足够大，就可能发生全反射现象.这是错误的，错误的原因在于孤立地讨论光在界面能否发生全反射现象，而没有认识到光是由界面进入玻璃后再到达界面，到达界面时光的入射角等于在界面的折射角，它

6、的大小是受到折射定律限制的，因此在界面上的入射角总是小于临界角.例2如图13-7-9所示，一束平行光从真空射向一块半圆形的玻璃砖，下列说法正确的是（ ）图13-7-9A.只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖B.只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖C.通过圆心的光线将沿直线穿过玻璃砖不发生偏折D.圆心两侧一定范围外的光线将在曲面产生全反射解析：垂直射向界面的光线不偏折，因而光束沿直线平行射到半圆面上，其中通过圆心的光线将沿直线穿过不发生偏折，入射角为零；由中心向外的光线，在半圆面上进入真空时的入射角逐渐增大并趋近90角，折射角一定大于入射角，所以一定会发生全反射.答案：BCD方法归纳

7、有关全反射现象的问题，关键是理解发生全反射的条件，其次是注意法线，并作出光路图，再根据入射角与临界角的关系来判断.知识点二 折射与全反射例3已知介质对某单色光的临界角为C，则（ ）A.该介质对单色光的折射率等于B.此单色光在该介质中的传播速度等于csinC（c是光在真空中的传播速度）C.此单色光在该介质中的波长是在真空中波长的sinC倍D.此单色光在该介质中的频率是在真空中的倍解析：由临界角的计算式sinC=，得n=，选项A正确；将n=代入sinC=得sinC=，故v=csinC，选项B正确；设该单色光的频率为f，在真空中的波长为0，v=f，故sinC=,=0sinC，选项C正确；该单色光由真

8、空传入介质时，频率不发生变化，选项D错误.答案：ABC方法归纳 准确地理解临界角及光在介质中传播的速度与介质折射率的关系，熟练地运用sinC=和n=进行分析推理是解题的关键.例4一个半圆柱形玻璃体的截面如图13-7-10所示，其中O为圆心，aOb为平面，acb为半圆柱面，玻璃的折射率n=.一束平行光与aOb面成45角照到平面上，将有部分光线经过两次折射后由半圆柱面acb射出，试画能有光线射出的那部分区域，并证明这个区域是整个acb弧的一半.图13-7-10解析：能射出的那部分光线区域如图13-7-11所示.图13-7-11证明：根据折射定律n=sini/sinr知sinr=sini/n=sin

9、45/=，可见r=30，由全反射临界角sinC=知C=45，由图知号典型光线有aOd=180-C+(90-r)=180-45+(90-30)=75 对号典型光线有bOe=180-C+(90+r)=180-45+(90+30)=15 可见射出区域为dOe所对应的圆弧. 因dOe=180-aOd-bOe=180-75-15=90. 故这个区域是整个acb弧的一半.方法归纳 折射类问题的分析方法一般是先作光路图，借助图形找出几何关系，尤其要注意在可能出现全反射情形下的折射问题，要点是求出临界角.例5半径为R的半圆柱形玻璃，横截面如图13-7-12所示，O为圆心，已知玻璃的折射率为，当光由玻璃射向空气

10、时，发生全反射的临界角为45，一束光以与MN平面成45角的方向射向半圆柱形玻璃，求能从MN射出的光束的宽度为多少？图13-7-12解析：如图所示，进入玻璃中的光线垂直半球面，沿半径方向直达球心位置O，且入射角等于临界角，恰好在O点发生全反射.光线左侧的光线（如：光线）经球面折射后，射在MN上发生全反射，不能射出.光线右侧的光线经半球面折射后，射到MN面上的入射角均小于临界角，能从MN面上射出.最右边射向半球的光线与球面相切，入射角i=90，由折射定律知：sinr=，则r=45.故光线将垂直MN射出.所以在MN面上射出的光束宽度应是OE=Rsinr=R.图13-7-13答案：R巧解提示 先画出光路图，再进行分析，分析时要注意全反射的条件，并要注意应用几条特殊的光线来分析问题.知识点三 全反射现象的应用光导纤维例6 如图13-7-14所示，一根长为L的直光导纤维，它的折射率为n.光从它的一个端面射入，又从另一端面射出所需的最长时间为多少？（设光在真空中的光速为c）图13-7-14解析：由题中的已知