新教材2025版高中物理第四章光及其应用3.光的全反射学案教科版选择性必修第一册

3．光的全反射课标要求1.知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念．2．知道全反射现象，理解全反射的条件，能计算有关问题和说明相关现象．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．思维导图必备学问·自主学习——突出基础性素养夯基一、全反射现象1．光疏介质和光密介质(1)概念：两种介质比较，折射率较小的介质叫作________介质，折射率较大的介质叫作________介质．(2)光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小．(3)相对性：光疏介质和光密介质是________的．[导学1]光疏介质和光密介质具有相对性，例如酒精对水是光密介质，但对水晶则是光疏介质．2．全反射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____________．[举例]水下的潜水员认为水面上的全部景物都出现在倒立的圆锥里，就是光的全反射的一个例证．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．全反射的条件要发生全反射，必需同时具备两个条件：(1)光从光密介质射向________介质．(2)入射角大于等于临界角．3．临界角与折射率的关系(1)定量关系：光由介质射入空气(或真空)时，sinC＝1n(2)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．三、全反射的应用——光导纤维1．光导纤维对光的传导原理利用了________原理．2．光导纤维的构造光导纤维是特别细的特制玻璃丝，直径从几微米到几十微米之间，由内芯和外层透亮介质两层组成．内芯的折射率比外套的折射率大，光传播时在内芯与外套的界面上发生________．3．光导纤维的应用——光纤通信光纤通信，就是把载有________、________和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去．4．光纤通信的主要优点容量大、衰减小、________________强、传输质量高．[导学2]发生全反射时，反射率很高，几乎达到100%，比平面镜的反射率高出了很多．关键实力·合作探究——突出综合性素养形成探究点一全反射的理解导学探究当光从水中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，这种说法正确吗？为什么？归纳总结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，反射光线强度增加，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．解答全反射类问题的技巧：(1)光必需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，精确地推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．典例示范例1为了测定某种材料制成的长方体的折射率，用一束光线从AB面以60°入射角射入长方体时间线刚好不能从BC面射出，如图所示，该材料的折射率是多少？素养训练1(多选)如图所示，半圆形玻璃砖放在空气中，三条同一颜色、强度相同的光线均由空气射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置．下列说法正确的是()A．若三条光线中有一条在O点发生了全反射，那肯定是aO光线B．若光线bO能发生全反射，那么光线cO肯定能发生全反射C．若光线bO能发生全反射，那么光线aO肯定能发生全反射D．若光线aO恰能发生全反射，则光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度大素养训练2如图所示，三棱镜的横截面为直角三角形ABC，∠A＝30°，∠B＝60°.一束平行于AC边的光线自AB边的P点射入三棱镜，在AC边发生反射后从BC边的M点射出．若光线在P点的入射角和在M点的折射角相等．(1)求三棱镜的折射率；(2)在三棱镜的AC边是否有光线透出？写出分析过程．(不考虑多次反射)探究点二全反射的应用归纳总结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．假如把很多(上万根)光导纤维合成一束，并使两端的纤维按严格相同的次序排列，就可以传播图像了．2．光导纤维的折射率设光导纤维的折射率为n，当入射角为θ1时，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图所示，则有sinC＝1n，n＝sinθ1sinθ2，C＋θ2由图可知：当θ1增大时，θ2增大，而从纤维射向空气中光线的入射角90°－θ2减小，当θ1＝90°时，若90°－C＝C，则全部进入纤维中的光线都能发生全反射，即解得n＝2.以上是光从纤维射向真空时得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此实际内芯的折射率要比2大些．典例示范&2如图所示，一根长为l＝5.0m的光导纤维是用折射率n＝2的材料制成的．一束激光由其左端的中心点以α＝45°的入射角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右端射出，求：(1)该激光在光导纤维中的速度v；(2)该激光在光导纤维中传输所经验的时间．素养训练3(多选)光纤通信采纳的光导纤维由内芯和外套组成，如图所示，其中内芯的折射率为n1，外套的折射率为n2，下面说法正确的是()A．内芯和外套的折射率应满意n1＞n2B．内芯和外套的折射率应满意n1＜n2C．从左端面入射的光线，其入射角θ必需大于某值，全部光才能被传导D．从左端面入射的光线，其入射角θ必需小于某值，全部光才能被传导素养训练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()随堂演练·自主检测——突出创新性素养达标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线，只是折射光线特别弱B．光从光密介质射向光疏介质时，肯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2．(多选)当光从光密介质射向光疏介质时()A．反射光线的强度随入射角的增大而减小B．折射光线的强度随入射角的增大而减小C．当入射角等于临界角时，折射光线的强度等于零D．当入射角等于零时，反射光线的强度等于零3．一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图中能正确描述其光路的是()4．下列选项为光线由空气进入全反射玻璃棱镜再由棱镜射入空气的光路图．可以发生的是()5．如图是网络信号在一段光纤中传播的示意图，则下列说法正确的是()A．纤芯的折射率应小于外包层的折射率，才能使光信号在二者之间的界面处发生全反射B．增大左端面的入射角θ，外包层与纤芯之间的界面处发生全反射的临界角随之增大C．增大左端面的入射角θ，左端面的折射角随之增大D．增大左端面的入射角θ，纤芯的折射率随之增大3．光的全反射必备学问·自主学习一、1．(1)光疏光密(3)相对2．全反射二、1．入射角2．(1)光疏3．(2)简单三、1．全反射2．全反射3．声音图像4．抗干扰实力关键实力·合作探究探究点一【导学探究】提示：不正确．要发生全反射必需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行能发生全反射．【典例示范】例1解析：如题图所示，依据折射定律得n＝sin60°由题意可知sinC＝1n而C＝90°－r③由②③得cosr＝1n而cosr＝1-代入④得1-sin2联立①和⑤解得n＝72答案：7素养训练1解析：三条入射光线沿着指向圆心的方向由空气射向玻璃砖，在圆周界面，它们的入射角为零，均不会偏折．在直径界面，光线aO的入射角最大，光线cO的入射角最小，它们都是从光密介质射向光疏介质，都有发生全反射的可能．假如只有一条光线发生了全反射，那肯定是aO光线，因为它的入射角最大，A正确；若bO光线能发生全反射，说明它的入射角等于或大于临界角，光线aO的入射角更大，所以，光线aO肯定能发生全反射，光线cO的入射角可能大于临界角，也可能小于临界角，因此cO不肯定能发生全反射，C正确，B错误；若光线aO恰能发生全反射，光线bO和cO都不能发生全反射，但bO的入射角更接近于临界角，所以光线bO的反射光线较光线cO的反射光线强，即bO的反射光线亮度较大，D正确．答案：ACD素养训练2解析：(1)光路如图所示，图中N点为光线在AC边发生反射的入射点．设光线在P点的入射角为i、折射角为r，在M点的入射角为r′、折射角依题意得也为i，且i＝60°①由折射定律得sini＝nsinr②nsinr′＝sini③由②③式得r＝r′④OO′为过M点的法线，∠C为直角，OO′∥AC.由几何关系知∠MNC＝r′由反射定律可知∠PNA＝∠MNC⑥联立④⑤⑥式得∠PNA＝r⑦由几何关系得r＝30°⑧联立①②⑧式得n＝3.⑨(2)设在N点的入射角为i″，由几何关系得i″＝60°⑩此三棱镜的全反射临界角满意nsinC＝1⑪由⑨⑩⑪式得i″>C此光线在N点发生全反射，三棱镜的AC边没有光线透出．答案：(1)3(2)三棱镜的AC边没有光线透出分析见解析探究点二【典例示范】例2解析：(1)由n＝cv可得v≈2.1×108(2)由n＝sinθ1sinθ2可得光线从左端面射入后的折射角为30°，射到侧面时的入射角为60°，大于临界角45°，因此发生全反射．同理光线每次在侧面都将发生全反射，直到光线到达右端面，其光路如图所示．由几何关系可以求出光线在光导纤维中通过的总路程s＝2l3，因此该激光在光导纤维中传输所经验的时间答案：(1)2.1×108m/s(2)2.7×10－8s素养训练3解析：光纤通信是利用光的全反射原理来工作的，光只有从光密介质进入光疏介质中时，才能发生全反射，因而内芯和外套的折射率应满意n1＞n2.从题图中看由左端面入射的光线，其入射角越小，进入介质后，在内芯与外套的界面上入射角越大，越易发生全反射，故A、D正确．答案：AD素养训练4解析：四个选项的光路图如图所示：可知B正确．答案：B随堂演练·自主检测1．解析：发生全反射时折射光线的能量为零，折射光线消逝，所以选项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，二者缺一不行，所以选项B、D错误，C正确．答案：C2．解析：当光从光密介质射向光疏介质时，反射光线的强度随入射角的增大而增大，折射光线的强度随入射角的增大而减小，当入射角等于临界角时，光线恰好发生全反射，故折射光线的强度等于零，B、C正确．答案：BC3．解析：光从空气进入玻璃时，在分界面上会发生折射，且折射角小于入射角，B、D错误；光从玻璃进入空气时折射角应大于入射角，C错误；光从玻璃射向空气，若满意入射角大于