2025版新教材高中物理第4章光2全反射课内探究新人教版选择性必修第一册

2．全反射探究全反射要点提炼1.对光疏介质和光密介质的理解(1)相对性光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有确定的意义。例如：水晶(n＝1.55)对玻璃(n＝1.5)是光密介质，而对金刚石来说(n＝2.427)，就是光疏介质。同一种介质原委是光疏介质还是光密介质，是不确定的。(2)与介质密度无关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。(3)光疏介质和光密介质的比较光在其中速度折射率光疏介质大小光密介质小大2.全反射(1)全反射现象光由光密介质进入光疏介质时，当入射角增大到某一角度时，折射角达到90°，折射光全部消逝，只剩下反射光的现象。这个角度称为临界角，用C表示。(2)全反射临界角sinC＝eq\f(1,n)①临界角的含义：折射角为90°时的入射角。②规律：一旦发生全反射，即遵循光的反射定律。(3)产生全反射现象的条件①光从光密介质射到它与光疏介质的界面上。②入射角等于或大于临界角。(4)全反射现象中的能量支配关系①折射角随入射角的增大而增大，折射角增大的同时，折射光线的强度减弱，即折射光线的能量减小，亮度减弱，而反射光线增加，能量增大，亮度增加。②当入射角增大到某一角度时(即临界角)，折射光能量减到零，入射光的能量全部反射回来，这就是全反射现象。(5)不同色光的临界角不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越高的光的临界角越小，越易发生全反射。典例剖析1．某种介质对空气的折射率是eq\r(2)，一束光从该介质Ⅱ射向空气Ⅰ，入射角是60°，则下列光路图中正确的是(D)解析：由题意知，光由光密介质射向光疏介质，据sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(2),2)得，临界角C＝45°<60°，故光在两介质的界面上会发生全反射，则只有反射光线，没有折射光线，选项D正确。对点训练❶一束光以45°的入射角从AB面射入如图所示的透亮三棱镜中，棱镜的折射率n＝eq\r(2)。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。解析：光由AB面上的O点射入，由折射定律得：n＝eq\f(sin45°,sinr)，得sinr＝eq\f(1,2)，则折射角r＝30°。设光射到AE面上的D点，由几何关系得OD∥BE，由几何学问可知光在AE面上的入射角θ＝45°，又sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(2),2)，则C＝45°，因为θ＝45°，故光在AE面上恰好发生全反射，由几何学问可知，光将垂直BE面射出，其光路如图所示。答案：见解析探究全反射的应用要点提炼1.全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜是全反射棱镜。它在光学仪器里，常用来代替平面镜，变更光的传播方向。光通过全反射棱镜时的几种方式：方式一方式二方式三光路图入射面ABACAB全反射面ACAB、BCAC光线方向变更角度90°180°0°(发生侧移)2.光导纤维(1)光导纤维：用光密介质制成的用来传导光信号的纤维状的装置。(2)光纤原理：“光纤通信”利用了全反射原理。实际用的光导纤维是特殊细的特制玻璃丝，确定程度上可以弯折，直径只有几微米到一百微米之间，由内芯和外套组成。如图所示，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，使反射光的能量最强，实现远距离传送。(3)光纤的应用：携带着数码信息、电视图像、声音等的光信号沿着光纤传输到很远的地方，实现光纤通信。典例剖析2．如图所示，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，经全反射后从另一个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)解析：光在光导纤维中发生全反射。要使光在光导纤维中阅历的时间最长，就必需使光的传播路径最长，即光相对分界面的入射角最小。如图所示，光导纤维的临界角C＝arcsineq\f(1,n)，光在光导纤维中传播的路程为d＝eq\f(L,sinC)＝nL，光在光导纤维中传播的速度为v＝eq\f(c,n)，所需的最长时间为tmax＝eq\f(d,v)＝eq\f(n2L,c)。答案：eq\f(n2L,c)对点训练❷(多选)光纤是现代通信普遍运用的信息传递媒介，现有一根圆柱形光纤，光信号从光纤一端的中心进入，并且沿随意方向进入的光信号都能传递到另一端。下列说法正确的有(ABC)A．光从空气进入光纤时传播速度变小B．光导纤维利用了光的全反射原理C．光纤材料的折射率可能为eq\r(2)D．光纤材料的折射率可能为1.2解析：依据v＝eq\f(c,n)可知，光从空气进入光纤时传播速度变小，A正确；光导纤维是一种特殊细的特制玻璃丝，当光射入时满足光的全反射条件，从而发生全反射，最终实现传递信息的目的，B正确；由题图可知，光的入射角为i，折射角为r，依据折射定律得n＝eq\f(sini,sinr)，当i趋于90°时，r最大，此时间在侧面的入射角最小，只要能保证此时间在侧面恰好发生全反射，即能保证全部入射光都能发生全反射，即sin(90°－r)＝eq\f(1,n)，联立以上两式，并且i＝90°，可解得n＝eq\r(2)，C正确，D错误。“空中楼阁”与“沙漠蜃景”的产生一、“空中楼阁”的产生1．现象：在一帆风顺的日子，站在海滨，有时可以看到远处的空中出现了高楼屹立、街道棋布、山峦重叠等景象。2．气候条件：当大气层比较宁静时，海面上空气的温度比空中低，空气的密度随温度的降低而增大，使空气的下层折射率比上层大(如图所示)。3．光路分析：远处的景物发出的光射向空中时，不断被折射，射向折射率较低的上一层的入射角越来越大，当入射角增大到临界角时，就会发生全反射现象，光就会从高空的空气层中通过空气的折射慢慢返回折射率较大的下一层。在地面旁边的视察者就可以视察到由空中射来的光形成的虚像，这就是“空中楼阁”的景象。如图所示。二、“沙漠蜃景”的产生1．现象：夏季沙漠中，有时会看到“沙漠蜃景”，即看到远处物体的倒影(如图所示)，仿佛是从水面反射出来的一样。在燥热夏天的柏油马路上，有时也能看到上述现象。2．现象产生的缘由3．结论：因为接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也小。从远处(物体)射向地面的光，进入折射率小的热空气层时被折射，经过多次折射，入射角慢慢增大，可能发生全反射，此时人们逆着反射光看去，就会看到远处物体倒立的虚像。案例对下列自然现象描述正确的是(C)A．在海面上，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中。同样，在沙漠中也能视察到同样的现象B．在沙漠中，向远方望去，有时能看到远方景物的倒影。同样，在海面上也能视察到同样的现象C．在海面上，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中。在沙漠中，向远方望去，有时能看到远方景物的倒影D．在海面上，向远方望去，有时能看到远方景物的倒影。在沙漠中，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中解析：夏天海面上的下层空气温度比上层低，密度比上层大，折射率也大，远处景物发出的光射向空中时，由于不断被折射，越来越偏