新教材2023高中物理第四章光4.2全反射课件新人教版选择性必修第一册

第四章光学习目标1.通过实验探究,知道光的全反射现象.知道光疏介质、光密介质和发生全反射的条件.能够解释全反射现象,会计算临界角.培养模型建构能力与解决实际问题的能力.2.通过生活现象分析,知道全反射棱镜的原理及光路特点,了解全反射棱镜在生活中的应用,会画全反射棱镜的光路图.3.观察光纤的结构,分析光的全反射在光纤中是如何发生的,初步了解光纤的工作原理,以及光纤技术在生产、生活中的应用,培养科学的态度与责任.2

全反射1.光密介质和光疏介质.折射率不同的两种介质比较,折射率

的介质称为光疏介质,折射率

的介质称为光密介质.光密介质和光疏介质是

的.2.全反射:光从

介质射入

介质,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.较小较大相对光密光疏知识点一

全反射3.为什么水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮?答案:水或玻璃中的气泡是光疏介质,光从水或玻璃射向气泡时,一部分光在界面上发生全反射,相对于其他物体而言,有更多的光射到人眼中,因此人眼感觉气泡特别明亮.4.临界角:把光从某种介质射向真空或空气,折射角变为

时的入射角,叫作这种介质的临界角.90°

知识点二全反射棱镜1.全反射棱镜:玻璃棱镜的截面为

,当光从图中所示的方向射入玻璃时,由于光的方向与玻璃面垂直,光线不发生偏折.但在玻璃内部,光射向玻璃与空气的界面时,入射角

临界角,发生

.等腰直角三角形大于全反射2.查询资料,了解全反射棱镜都有哪些应用.答案:全反射棱镜的反射性能比镀银的平面镜更好,精密的光学仪器用它代替镀银平面镜来反射光.其应用主要有照相机、望远镜、显微镜等.知识点三光导纤维1.这是一款生活中的小玩具,底座发出的光会通过塑料纤维发生偏折,在末端能看到光,但是在其他地方不会有光漏出来,原因是

.2.光纤传导的基本原理是

.光在塑料纤维中发生全反射全反射3.构造:光导纤维一般由折射率

的内芯和折射率

的外套组成,如图所示.把若干根光纤集成一束,再敷上保护层,制成光缆,能进一步提高光纤的强度.较大较小小试身手判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打“√”,错误的打“×”).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.光从密度大的介质射入密度小的介质时一定能发生全反射.()5.只要入射角足够大,就能发生全反射.()6.鱼缸中上升的气泡亮晶晶的,是由于光射到气泡上发生了全反射.()7.光纤一般由折射率小的玻璃内芯和折射率大的外层透明介质组成.()××√××√×探究一

全反射问题情境如图所示,让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上,在这个边与空气的界面上会发生反射和折射.答案:从光密介质射入光疏介质.入射角小于折射角.1.观察全反射现象时,光是从光密介质射入光疏介质,还是从光疏介质射入光密介质?入射角和折射角间的大小关系如何?2.逐渐增大入射角,观察反射光和折射光有什么变化.答案:逐渐增大入射角,折射光离法线会越来越远,而且亮度越来越弱,反射光离法线越来越远,亮度越来越强.当入射角增大到某一角度时,折射角达到90°,此时折射光完全消失,只剩下反射光.3.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.此时的入射角称为这种介质的临界角.思考临界角与什么因素有关?

4.红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光能否在同一界面上同时发生全反射?答案:能.如果光从光密介质进入光疏介质,并且入射角大于或等于红光的临界角,那么七种色光就能在同一界面上同时发生全发射.过程建构1.光疏介质和光密介质.(1)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定哪个是光疏介质哪个是光密介质.同种介质在不同的比较中结果可能不同,如水、水晶和金刚石,水晶对水来说是光密介质,但对金刚石来说是光疏介质.(2)光密介质和光疏介质与其密度的关系:密度大的介质不一定是光密介质,密度小的介质也未必是光疏介质.如水和酒精,水的密度大,但二者相比水是光疏介质.光密介质和光疏介质是相对的,介质密度的大小是绝对的.2.对全反射的理解.(1)入射光、反射光、折射光的方向变化及能量分配关系.①折射角随着入射角的增大而增大;②折射角增大的同时,折射光的强度减弱,即折射光的能量减小,亮度减弱,而反射光的强度增强,能量增大,亮度增加;③当入射角增大到某一角度(临界角)时,折射光的能量减弱到0(折射角为90°),入射光的能量全部反射回来,这就是全反射现象.(2)发生全反射的两个必备条件.①光从光密介质射入光疏介质;②入射角大于或等于临界角.

【典例1】(2021·广东卷)如图所示,一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触发工作的.光从挡风玻璃内侧P点射向外侧M点再折射到空气中,测得入射角为α,折射角为β;光从P点射向外侧N点,刚好发生全反射并被Q接收,求光从玻璃射向空气时临界角θ的正弦值表达式.

解答全反射类问题的技巧(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)若光由光密介质进入光疏介质,则先确定临界角,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(如三角函数等)进行判断推理、运算及变换.探究二全反射棱镜问题情境1.平面镜通常是在一定厚度的透明玻璃后表面镀银制成的,从点光源S发出的光经过玻璃前表面和镀银面多次反射,会生成关于S的多个像点,如图甲所示.为了避免这种情况,精密的光学仪器(图乙)用全反射棱镜代替镀银平面镜来反射光,它的反射性能比镀银的平面镜更好.全反射棱镜的截面为等腰直角三角形.全反射棱镜应用的原理是什么?答案:全反射棱镜应用的原理是光的全反射.甲乙

答案:平行于入射光线的光线,即出射光线②.过程建构1.全反射棱镜.(1)特点.全反射棱镜的截面为等腰直角三角形.当光垂直于它的一个面射入时,光都会在其内部发生全反射,与平面镜相比,它的反射面不必涂任何反光物质,且反射时失真小.(2)全反射棱镜改变光路的两种常见情况,如图甲、乙所示.甲乙2.全反射棱镜的应用.在光学仪器里,常用全反射棱镜来代替平面镜,改变光的传播方向.(1)望远镜为了提高倍数,镜筒要很长,通过使用全反射棱镜能够缩短镜筒的长度.(2)照相机、望远镜、显微镜等,都用到了全反射棱镜,所成像与原物相比失真极小.【典例2】空气中的两条光线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的玻璃全反射棱镜.下图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()ABCD答案:

B解析:四种放置方式产生的光路效果如图所示.可知选项B正确.ABCD熟记全反射棱镜的三条特殊光路(1)垂直于直角边的入射光出射方向改变90°;(2)垂直于斜边的入射光出射方向改变180°;(3)平行于斜边的入射光在斜边发生全反射,且从另一直角边出射时的方向与入射方向平行(发生侧移).探究三

光导纤维问题情境如图所示,将塑料瓶侧面开一个小孔,瓶中灌入清水,水就从小孔流出.答案:光在水流与空气的接触面发生多次全反射.1.用激光水平射向塑料瓶小孔,在孔下侧水流到的地方,可以观察到光斑,这个现象的成因是什么?2.细的光纤封装在塑料保护套中,光纤能够弯曲而不至于断裂,光纤为什么要由两层介质构成?答案:光纤的工作原理是全反射,要由两种介质配合才能发生全反射现象.1.光导纤维的原理.全反射是光导纤维的基本工作原理.内芯的折射率比外套的折射率大,光在光纤内传播时,由光密介质入射到光疏介质,若入射角i≥C(临界角),光就会在光纤内芯与外套的界面上不断发生全反射.2.光导纤维的应用.(1)光纤通信.①光纤通信是把载有声音、图像等各种数字信号的激光从光纤的一端输入,沿着光纤传到另一端的一种通信方式.②优点:光纤通信有传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强等多方面的优点.(2)医学上的内窥镜.过程建构

(1)该激光在光导纤维中的传播速度;(2)该激光在光导纤维中传输所经历的时间.

答案:(1)2.1×108m/s

(2)2.7×10-8s课堂评价1.关于全反射,下列叙述正确的是

()A.发生全反射时仍有折射光,只是折射光非常弱B.光从光密介质射向光疏介质时,一定会发生全反射现象C.光从光密介质射向光疏介质时,可能不发生全反射现象D.光从光疏介质射向光密介质时,可能发生全反射现象解析:发生全反射时折射光的能量为0,折射光消失,选项A错误.发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质,且入射角大于或等于临界角,二者缺一不可,选项B、D错误,选项C正确.答案:C

ABCD答案:D

3.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.尾灯的构造如图所示,下列说法正确的是()A.汽车灯光应从左面射过来,在尾灯的左表面发生全反射B.汽车灯光应从左面射过来,在尾灯的右表面发生全反射C.汽车灯光应从右面射过来,在尾灯的左表面发生全反射D.汽车灯光应从右面射过来,在尾灯的右表面发生全反射答案:C解析:由全反射棱镜对光路的控制原理可知,选项C正确.

A.在MQ边的折射角为60°B.在MN边的入射角为45°C.不能从MN边射出D.不能从NP边射出解析:光线从O点入射,设折射角为β,由折射定律有sinα=nsinβ,解得β=30°,即该束单色光在MQ边的折射角为30°,选项A错误;设边长NP=l,则MN=2l,作出光路图如图所示.由几何关系可知光在MN边的入射角为60°,选