人教版(新教材)高中物理选择性必修1学案2：4 2 全反射

人教版（新教材）高中物理选择性必修第一册PAGEPAGE14.2全反射学习目标1．知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念。2．理解全反射的条件，能计算有关问题和解释相关现象。3．了解全反射棱镜和光导纤维的工作原理以及在生产、生活中的应用。自主学习一、全反射1．光疏介质和光密介质2．全反射(1)概念：当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，_____光完全消失，只剩下______光，这种现象叫做全反射。(2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的______。用字母C表示。(3)发生全反射的条件①光从______介质射入______介质。②入射角____________临界角。(4)临界角与折射率的关系当光由介质射入空气(真空)时，sinC＝______。二、全反射棱镜截面为______的棱镜叫做全反射棱镜，其作用是改变光的传播______。三、光导纤维1．原理利用了______射的原理。2．构造光导纤维直径只有几微米到一百微米，由______和______两层组成，内芯的折射率比外套的______，光传播时在内芯与外套的界面上发生______。判一判(1)密度大的介质就是光密介质。()(2)两种介质相比较，折射率大的介质是光密介质。()(3)光密介质和光疏介质具有绝对性。()(4)截面是三角形的棱镜是全反射棱镜。()(5)全反射棱镜和平面镜都是利用了光的全反射原理。()(6)光在光纤中传播时，在内芯和外套的界面上发生全反射。()(7)光纤通信的主要优点是容量大。()想一想(1)只有一种介质能否确定它是光密介质还是光疏介质？(2)为什么水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮？(3)微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂，光纤为什么要由两层介质构成？核心探究一、全反射1．光疏介质和光密介质不同介质的折射率不同，我们把折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质。光疏介质和光密介质是相对的。2．全反射(1)全反射及临界角的概念①全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射，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，这种现象叫做全反射。如图所示。②临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角。用字母C表示。(2)全反射的条件要发生全反射，必须同时具备两个条件：①光从光密介质射入光疏介质。②入射角等于或大于临界角。(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＝eq\f(1,n)。②定性关系：光从光密介质射入光疏介质，光密介质的折射率越大，发生全反射的临界角就越小，越容易发生全反射。(4)从能量角度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，同时折射光强度减弱，即折射光能量减小，反射光强度增强，即反射光能量增大，当入射角达到临界角时，折射光强度减小到零，反射光的能量等于入射光的能量。(5)因为介质的折射率与光的颜色有关，所以全反射临界角不仅与介质有关，还与光的颜色有关。例1.(多选)如图所示，ABCD是两面平行的透明玻璃砖，AB面和CD面是玻璃和空气的界面，分别设为界面Ⅰ和界面Ⅱ。光线从界面Ⅰ射入玻璃砖，再从界面Ⅱ射出，回到空气中，如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角，则()A．只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象B．只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象C．不管入射角多大，光线在界面Ⅰ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Ⅱ上都不可能发生全反射现象变式训练1.为了表演“隐形的大头针”节目，某同学在半径为r的圆形软木片中间垂直插入一枚大头针，并将其放入盛有水的碗中，如图所示。已知水的折射率为eq\f(4,3)，为了保证表演成功即在水面上看不到大头针，大头针末端离水面的最大距离h为()A.eq\f(\r(7),3)rB.eq\f(4,3)rC.eq\f(3,4)rD.eq\f(3\r(7),7)r二、全反射的应用1．全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜叫做全反射棱镜。它在光学仪器里，用来改变光的传播方向。下表为光通过全反射棱镜时的几种入射方式。2．光导纤维光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1～100μm左右，如图所示。它由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，光由一端进入，在内芯和外套的界面上经多次全反射，从另一端射出。3．光导纤维的应用(1)利用光导纤维可实现光纤通信，而光纤通信的优点是容量大、衰减小、抗干扰性强等。(2)医学上用光导纤维制成内窥镜，用来检查人体胃、肠、气管等脏器的内部。4．生活中的全反射现象(1)两种蜃景原理因为海水温度低，所以海面附近空气温度低，高空空气温度高，越向上空气密度越小，折射率越小，其蜃景原理如图甲所示。因为沙漠受阳光照射很热，下层空气温度比上层空气温度高，越向上空气密度越大，折射率越大，其蜃景原理如图乙所示。(2)其他全反射现象：水或玻璃中的气泡很明亮，钻石光彩夺目，彩虹的形成等。例2.如图所示，AB为有机玻璃棒，A、B之间距离为s，使一光脉冲信号从有机玻璃棒中间入射，射入后在有机玻璃棒与空气的界面上恰好发生全反射，由A点传输到B点所用时间为t，求有机玻璃棒的折射率n。(已知光在真空中的传播速度为c)变式训练2－1.如图甲所示，夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰、船舶、楼台、亭阁、集市、庙宇等出现在远方的空中。古人不明白产生这种景象的原因，对它作了不科学的解释，认为是海中蛟龙(即蜃)吐出的气结成的，因而叫做“海市蜃楼”，也叫蜃景。如图乙所示，沙漠里有时也会看到远处的水源、仙人掌近在咫尺，可望而不可即，这也是“蜃景”。下列有关蜃景的说法中错误的是()A．海面上层空气的折射率比下层空气的折射率要小B．沙面上层空气的折射率比下层空气的折射率要小C．A是蜃景，B是景物D．C是蜃景，D是景物变式训练2－2.如图所示，平静湖面岸边的垂钓者，眼睛恰好位于岸边P点正上方0.9m的高度处，浮标Q离P点1.2m远，鱼饵灯M在浮标正前方1.8m处的水下，垂钓者发现鱼饵灯刚好被浮标挡住，已知水的折射率n＝eq\f(4,3)，求：(1)鱼饵灯离水面的深度；(2)若鱼饵灯缓慢竖直上浮，当它离水面多深时，鱼饵灯发出的光恰好无法从水面PQ间射出。

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁自主学习一、1．较小较大小光疏光密光密光疏2．(1)折射反射(2)入射角(3)①光密光疏②等于或大于(4)eq\f(1,n)二、等腰直角三角形方向三、1．全反射2．内芯外套大全反射判一判〖提示〗：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×(6)√(7)√想一想(1)〖提示〗：不能。光密介质、光疏介质是对确定的两种介质的折射率相比较而确定的，只有一种介质是无法比较折射率的，从而无法确定它是光疏介质还是光密介质。(2)〖提示〗：水或玻璃中的气泡相对水或玻璃是光疏介质，光经过水或玻璃照射气泡时，一部分光会发生全反射，相对于其他物体而言，有更多的光反射到人眼中，就好像光是由气泡发出的，因此人眼感觉水或玻璃中的气泡特别明亮。(3)〖提示〗：光纤的工作原理是全反射，要由两种介质配合才能产生全反射现象。核心探究例1.〖解析〗在界面Ⅰ上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，都不可能发生全反射现象，A错误，C正确；在界面Ⅱ上光由玻璃进入空气，是由光密介质进入光疏介质，但是，由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行，光由界面Ⅰ进入玻璃后再到达界面Ⅱ，在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角，故入射角总是小于临界角，因此也不可能发生全反射现象，B错误，D正确。〖答案〗CD变式训练1.〖答案〗A〖解析〗大头针末端射到软木片边缘的光线恰好发生全反射时，在水面上看不到大头针，且大头针末端离水面的距离最大，此时sinC＝eq\f(r,\r(r2＋h2))，又sinC＝eq\f(1,n)，解得h＝eq\f(\r(7),3)r，A正确。例2.〖解析〗设有机玻璃棒的折射率为n，则有sinα＝sinC＝eq\f(1,n)①n＝eq\f(c,v)②t＝eq\f(\f(s,sinα),v)＝eq\f(s,vsinα)③由①②③式解得t＝eq\f(s,\f(c,n)·\f(1,n))＝eq\f(sn2,c)，所以n＝eq\r(\f(ct,s))。〖答案〗eq\r(\f(ct,s))变式训练2－1.〖答案〗B〖解析〗海面上，下层空气的温度比上层低，则下层空气的密度比上层要大，故下层空气的折射率比上层空气的折射率要大，A正确；由于人眼认为光是沿直线传播的，故A是蜃景，B是景物，C正确；太阳照到沙面上，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也小，即上层空气的折射率大，B错误；从远处物体射向沙面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，会发生全反射，人们逆着光线看去，就会看到远处物体的倒影，故C是蜃景，D是景物，D正确。变式训练2－2.〖答案〗(1)2.4m(2)1.59m〖解析〗(1)设入射角、折射角分别为i、r，设鱼饵灯离水面的深度为h2。则有：sini＝eq\f(s1,\r(s\o\al(2,1)＋h\o\al(2,1)))sinr＝eq\f(s2,\r(s\o\al(2,2