【課件】第四章光2全反射（66張）

2全反射第四章

光【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.知道光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)，理解它們的相對性.2.理解光的全反射，會利用全反射解釋有關(guān)現(xiàn)象.3.理解臨界角的概念，能判斷是否發(fā)生全反射并能畫出相應(yīng)

的光路圖.4.了解全反射棱鏡和光導(dǎo)纖維.梳理教材夯實(shí)基礎(chǔ)探究重點(diǎn)提升素養(yǎng)隨堂演練逐點(diǎn)落實(shí)課時(shí)對點(diǎn)練【內(nèi)容索引】SHULIJIAOCAI

HANGSHIJICHU梳理教材夯實(shí)基礎(chǔ)1一、全反射1.光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)(1)光疏介質(zhì)：折射率較

(填“大”或“小”)的介質(zhì).(2)光密介質(zhì)：折射率較

(填“大”或“小”)的介質(zhì).(3)光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)是

(填“相對”或“絕對”)的.2.全反射現(xiàn)象(1)全反射：當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，同時(shí)發(fā)生折射和反射.當(dāng)入射角增大到某一角度，使折射角達(dá)到90°時(shí)，

光完全消失，只剩下

光的現(xiàn)象.小大相對折射反射(2)臨界角：剛好發(fā)生全反射，即折射角等于

時(shí)的入射角.用字母C表示，光從

射入

時(shí)，發(fā)生全反射的臨界角C與介質(zhì)的折射率n的關(guān)系是sinC＝

.(3)全反射發(fā)生的條件①光從

介質(zhì)射入

介質(zhì).②入射角

臨界角.90°介質(zhì)空氣(真空)光密光疏等于或大于二、全反射棱鏡1.形狀：截面為

三角形的棱鏡.2.全反射棱鏡的特點(diǎn)：當(dāng)光垂直于它的一個(gè)界面射入后，都會在其內(nèi)部發(fā)生

，與平面鏡相比，它的反射率很高.等腰直角全反射三、光導(dǎo)纖維1.原理：利用了光的

.2.構(gòu)造：由內(nèi)芯和外套兩層組成.內(nèi)芯的折射率比外套的

，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生

.3.光導(dǎo)纖維除應(yīng)用于光纖通信外，還可應(yīng)用于醫(yī)學(xué)上的內(nèi)窺鏡等.4.光纖通信的優(yōu)點(diǎn)是傳輸容量

、衰減

、抗干擾性及保密性強(qiáng)等.全反射大全反射大小1.判斷下列說法的正誤.(1)入射角大于臨界角就會發(fā)生全反射現(xiàn)象.(

)(2)光密介質(zhì)是指密度大的介質(zhì).(

)(3)制作全反射棱鏡的材料的折射率一定大于

.(

)(4)光導(dǎo)纖維的內(nèi)芯是光密介質(zhì)，外套是光疏介質(zhì).(

)(5)光在光纖中傳播時(shí)，在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射.(

)即學(xué)即用×××√√2.一束光從某介質(zhì)進(jìn)入真空，方向如圖1所示，則該介質(zhì)的折射率為____；逐漸增大入射角，光線將____(填“能”或“不能”)發(fā)生全反射；若使光發(fā)生全反射，應(yīng)使光從_____射入_____，且入射角大于或等于____.返回圖1能介質(zhì)真空45°TANJIUZHONGDIAN

TISHENGSUYANG探究重點(diǎn)提升素養(yǎng)2一、全反射當(dāng)光從水中射向與玻璃的交界面時(shí)，只要入射角足夠大就會發(fā)生全反射，這種說法正確嗎？為什么？導(dǎo)學(xué)探究答案不正確.要發(fā)生全反射必須是光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì).而水相對玻璃是光疏介質(zhì)，所以不管入射角多大都不可能發(fā)生全反射.1.光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)(1)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的比較知識深化

光的傳播速度折射率光疏介質(zhì)大小光密介質(zhì)小大(2)相對性：光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是相對的.任何兩種透明介質(zhì)都可以通過比較光在其中傳播速度的大小或折射率的大小來判斷誰是光疏介質(zhì)或光密介質(zhì).(3)光疏和光密是從介質(zhì)的光學(xué)特性來說的，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質(zhì).2.全反射(1)全反射的條件：①光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì).②入射角大于或等于臨界角.(2)從能量角度來理解全反射：當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，隨著入射角增大，折射角也增大.同時(shí)折射光線強(qiáng)度減弱，即折射光線的能量減小，反射光強(qiáng)度增強(qiáng)，能量增加，當(dāng)入射角達(dá)到臨界角時(shí)，折射光線強(qiáng)度減弱到零，反射光的能量等于入射光的能量.3.不同色光的臨界角不同顏色的光由同一介質(zhì)射向空氣或真空時(shí)，頻率越高的色光的臨界角越小，越易發(fā)生全反射，說明在同一種介質(zhì)中頻率越高的色光折射率越大.例1

某種介質(zhì)對空氣的折射率是

，一束光從該介質(zhì)射向空氣，入射角是60°，則下列光路圖中正確的是(圖中Ⅰ為空氣，Ⅱ?yàn)榻橘|(zhì))命題角度1對全反射的理解√解析由題意知，光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，由sinC＝

，得C＝45°＜θ＝60°，故在兩介質(zhì)的界面上會發(fā)生全反射，只有反射光線，沒有折射光線，故選項(xiàng)D正確.例2

一束光以45°的入射角從AB面射入如圖2所示的透明三棱鏡中，棱鏡折射率n＝

.試求進(jìn)入AB面的折射角，并在圖中畫出該光束在棱鏡中的光路.命題角度2全反射的計(jì)算圖2答案30°光路圖見解析解析設(shè)光由AB面上的O點(diǎn)射入，由折射定律得，設(shè)光線射到AE面上的D點(diǎn)，由幾何關(guān)系得OD∥BE，由幾何知識可知光線在AE面上的入射角為θ＝45°.因?yàn)棣龋?5°，故光線在AE面上發(fā)生全反射，由幾何知識可知，光線將垂直BE面射出，其光路圖如圖所示.二、全反射棱鏡如圖3所示，已知玻璃的折射率為1.5，圖甲中當(dāng)光線垂直BC面入射時(shí)，光線到達(dá)AC面的入射角是多少？能否發(fā)生全反射？圖乙中當(dāng)光線垂直AC面入射時(shí)，光線到達(dá)AB面的入射角是多少？能否發(fā)生全反射？導(dǎo)學(xué)探究圖3答案45°能發(fā)生全反射45°

能發(fā)生全反射全反射棱鏡改變光路的幾種情況知識深化入射方式項(xiàng)目方式一方式二方式三光路圖

入射面ABACAB全反射面ACAB、BCAC光線方向改變角度90°180°0°(發(fā)生側(cè)移)例3

空氣中兩條光線a和b從方框左側(cè)入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖4所示.方框內(nèi)有兩個(gè)折射率n＝1.5的全反射玻璃棱鏡.下列選項(xiàng)給出了兩棱鏡的四種放置方式的示意圖.其中能產(chǎn)生圖中效果的是圖4√解析四個(gè)選項(xiàng)的光路圖如圖所示：可知B項(xiàng)正確.三、光導(dǎo)纖維1.構(gòu)造及傳播原理(1)構(gòu)造：光導(dǎo)纖維是一種透明的玻璃纖維絲，直徑只有幾微米到一百微米，如圖5所示，它是由內(nèi)芯和外套兩層組成的，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率.圖5(2)傳播原理：光由一端進(jìn)入，在兩層的界面上經(jīng)過多次全反射，從另一端射出，光導(dǎo)纖維可以遠(yuǎn)距離傳播光信號，光信號又可以轉(zhuǎn)換成電信號，進(jìn)而變?yōu)槁曇簟D像.2.光導(dǎo)纖維的折射率：設(shè)光導(dǎo)纖維的折射率為n，當(dāng)入射角為θ1時(shí)，進(jìn)入光導(dǎo)纖維的光線傳到側(cè)面恰好發(fā)生全反射，由圖6可知：當(dāng)θ1增大時(shí)，θ2增大，由光導(dǎo)纖維射向空氣的光線的入射角θ減小，當(dāng)θ1＝90°時(shí)，若θ＝C，則所有進(jìn)入光導(dǎo)纖維中的光線都能發(fā)生全反射，則有：sinC＝

，圖6以上是光從光導(dǎo)纖維射向真空時(shí)得到的折射率，由于光導(dǎo)纖維包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此光導(dǎo)纖維折射率要比

大些.例4

如圖7所示是兩個(gè)城市間光纜中的一條光導(dǎo)纖維的一段，光纜總長為L，它的玻璃芯的折射率為n1，外層材料的折射率為n2.若光在空氣中的傳播速度近似為c，則對于光由它的一端射入經(jīng)多次全反射后從另一端射出的過程，下列判斷中正確的是√圖7返回SUITANGYANLIAN

ZHUDIANLUOSHI隨堂演練

逐點(diǎn)落實(shí)31.(全反射的理解)如圖，一束光由空氣射向半圓柱體玻璃磚，O點(diǎn)為該玻璃磚截面的圓心，能正確描述其光路的是1234√1234解析光從玻璃磚射向空氣時(shí)，如果入射角大于等于臨界角，則發(fā)生全反射；如果入射角小于臨界角，則在界面處既有反射光線，又有折射光線，且折射角大于入射角，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)光從空氣射入玻璃磚時(shí)，在界面處既有反射光線，又有折射光線，且入射角大于折射角，選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤.2.(全反射棱鏡的應(yīng)用)(2020·包頭九中高二下期末)自行車的尾燈采用了全反射棱鏡的原理，它雖然本身不發(fā)光，但在夜間騎行時(shí)，從后面開來的汽車發(fā)出的強(qiáng)光照到尾燈后，會有較強(qiáng)的光被反射回去，使汽車司機(jī)注意到前面有自行車.尾燈由透明介質(zhì)制成，其外形如圖8甲所示，下列說法正確的是1234A.汽車燈光從左面射過來，在尾燈的左表面發(fā)

生全反射B.汽車燈光從左面射過來，在尾燈的右表面發(fā)

生全反射C.汽車燈光從右面射過來，在尾燈的左表面發(fā)生全反射D.汽車燈光從右面射過來，在尾燈的右表面發(fā)生全反射圖8√3.(光導(dǎo)纖維)目前，移動和電信公司都升級了200M光纖入戶，網(wǎng)速更快，使用更方便.光纖信號傳輸利用了光的全反射和折射原理，如圖9所示，某種單色光在光纖中經(jīng)過多次全反射后從右端射出.若該介質(zhì)的折射率為

，則關(guān)于α、β的大小，下列判斷正確的是1234A.α<60°B.α<30°

C.β>30°

D.β<30°圖9√12344.(全反射的計(jì)算)為了表演“隱形的大頭針”節(jié)目，某同學(xué)在半徑為r的圓形薄軟木片中心垂直插入一枚大頭針，并將其放入盛有水的碗中，如圖10所示.已知水的折射率為

，為了保證表演成功(在水面上看不到大頭針)，大頭針末端離水面的最大距離h為1234圖10√1234返回KESHIDUIDIANLIAN課時(shí)對點(diǎn)練4考點(diǎn)一對全反射的理解1.關(guān)于全反射，下列說法正確的是A.光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)不可能產(chǎn)生全反射B.光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)可能產(chǎn)生全反射C.光從折射率大的介質(zhì)射向折射率小的介質(zhì)時(shí)不可能產(chǎn)生全反射D.光從傳播速度小的介質(zhì)射向傳播速度大的介質(zhì)時(shí)可能產(chǎn)生全反射基礎(chǔ)對點(diǎn)練1234567891011121314√15解析全反射的條件是光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，折射率大的介質(zhì)相對于折射率小的介質(zhì)是光密介質(zhì)，同一種光在不同介質(zhì)中傳播，傳播速度小的介質(zhì)相對于傳播速度大的介質(zhì)是光密介質(zhì)，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤.1234567891011121314152.如圖1所示，半圓形玻璃磚放在空氣中，三條同一顏色、強(qiáng)度相同的光線，均由空氣沿半圓半徑方向射入玻璃磚，到達(dá)玻璃磚的圓心位置.下列說法正確的是A.假若三條光線中只有一條在O點(diǎn)發(fā)生了全反射，那

一定是aO光線B.假若光線bO能發(fā)生全反射，那么光線cO一定能發(fā)

生全反射C.假若光線bO能發(fā)生全反射，那么光線aO一定不能發(fā)生全反射D.假若光線aO恰能發(fā)生全反射，那么光線bO的反射光線比光線cO的反

射光線的亮度小圖11234567891011121314√153.如圖2所示，ABCD是兩面平行的足夠大的透明玻璃磚，AB面和CD面是玻璃和空氣的分界面，分別設(shè)為界面Ⅰ和界面Ⅱ.光線從界面Ⅰ射入玻璃磚，再從界面Ⅱ射出，回到空氣中，如果改變光到達(dá)界面Ⅰ時(shí)的入射角，則1234567891011121314①只要入射角足夠大，光線在界面Ⅰ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象②只要入射角足夠大，光線在界面Ⅱ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象③不管入射角多大，光線在界面Ⅰ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象④不管入射角多大，光線在界面Ⅱ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象A.①② B.②③ C.①④

D.③④圖2√15解析在界面Ⅰ上光由空氣進(jìn)入玻璃磚，是由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，不管入射角多大，都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象，③正確，①錯(cuò)誤；1234567891011121314在界面Ⅱ上光由玻璃進(jìn)入空氣，是由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，但是，由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行，光由界面Ⅰ進(jìn)入玻璃后再到達(dá)界面Ⅱ，在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角，則界面Ⅱ上的入射角總是小于臨界角，因此也不會發(fā)生全反射現(xiàn)象，④正確，②錯(cuò)誤，故選D.15考點(diǎn)二全反射現(xiàn)象的應(yīng)用4.光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)如圖3所示，其內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播，以下關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法正確的是1234567891011121314A.內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外

套的界面上發(fā)生全反射B.內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外

套的界面上發(fā)生全反射C.內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生折射D.內(nèi)芯的折射率與外套的相同，外套的材料有韌性，可以起保護(hù)作用圖3√151234567891011121314解析光導(dǎo)纖維內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率，光由內(nèi)芯射向外套時(shí)，在其界面處發(fā)生全反射，從而使光在內(nèi)芯中傳播，A對.1512345678910111213145.(2020·沈陽市期末)自行車上的紅色尾燈不僅是裝飾品，也是夜間騎車的安全指示燈，它能把來自后面的光照反射回去.某種自行車尾燈可簡化為由許多整齊排列的等腰直角棱鏡(折射率n>)組成，棱鏡的橫截面如圖4所示.一平行于橫截面的光線從O點(diǎn)垂直AB邊射入棱鏡，先后經(jīng)過AC和CB邊反射后，從AB邊的O′點(diǎn)射出，則出射光線是A.平行于AC邊的光線①B.平行于入射光線的光線②C.平行于CB邊的光線③D.沿AB邊的光線④圖4√15解析由題意可知，折射率n>，且sinC＝

，得臨界角小于45°，由題圖可知，光從空氣進(jìn)入棱鏡.因入射角為0°，所以光線不偏折.當(dāng)光從棱鏡射向空氣時(shí)，入射角等于45°，發(fā)生全反射，根據(jù)幾何關(guān)系，結(jié)合光路可逆可知，出射光線是②，即平行于入射光線，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤.1234567891011121314151234567891011121314A.激光束發(fā)生彎曲是因?yàn)楣庠谒c空氣界面上

發(fā)生折射B.激光束發(fā)生彎曲是因?yàn)楣庠谒c空氣界面上

發(fā)生全反射C.僅改用折射率更大的液體，激光束不能完全被限制在液體流內(nèi)D.激光在水中的傳播速度大于其在空氣中的傳播速度√圖5151234567891011121314解析激光束發(fā)生彎曲是因?yàn)楣庠谒c空氣界面上發(fā)生全反射，就像光導(dǎo)纖維一樣，A錯(cuò)誤，B正確；僅改用折射率更大的液體，根據(jù)sinC＝

，則臨界角更小，激光束仍可在液體流中發(fā)生全反射，同樣能完全被限制在液體流內(nèi)，C錯(cuò)誤；根據(jù)v＝

可知，激光在水中的傳播速度小于其在空氣中的傳播速度，D錯(cuò)誤.157.(2020·江蘇卷)我國的光纖通信技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平.光纖內(nèi)芯(內(nèi)層玻璃)的折射率比外套(外層玻璃)的____(填“大”或“小”).某種光纖的內(nèi)芯在空氣中全反射的臨界角為43°，則該內(nèi)芯的折射率為____.(取sin43°＝0.68，cos43°＝0.73，結(jié)果保留2位有效數(shù)字)1234567891011121314大1.5解析光在光纖內(nèi)芯與外套的界面發(fā)生全反射，內(nèi)芯的折射率比外套的大.折射率與臨界角的關(guān)系為sinC＝

，則n＝158.光導(dǎo)纖維技術(shù)在現(xiàn)代生產(chǎn)、生活與科技方面得以廣泛應(yīng)用.如圖6所示是一個(gè)質(zhì)量分布均勻的有機(jī)玻璃圓柱的橫截面，B、C為圓上兩點(diǎn)，一束單色光沿AB方向射入，然后從C點(diǎn)射出，已知∠ABO＝127°，∠BOC＝120°，真空中光速c＝3×108m/s，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6.則1234567891011121314A.光在該有機(jī)玻璃中的傳播速度為1.875×108m/sB.光在該有機(jī)玻璃中的折射率為1.8C.光在該有機(jī)玻璃中發(fā)生全反射的臨界角為53°D.若將該材料做成長300km的光導(dǎo)纖維，此單色

光在光導(dǎo)纖維中傳播的最短時(shí)間為1×10－3s圖6√15123456789101112131415考點(diǎn)三全反射的計(jì)算9.如圖7所示，一個(gè)三棱鏡的截面為等腰直角△ABC，∠A為直角.此截面所在平面內(nèi)的光線沿平行于BC邊的方向射到AB邊，進(jìn)入棱鏡后直接射到AC邊上，并剛好能發(fā)生全反射，該棱鏡材料的折射率為1234567891011121314圖7√1510.如圖8所示是一個(gè)柱體棱鏡的橫截面圖，圖中MN為

圓弧，點(diǎn)E、F、G、H將半徑OM分成5等份，虛線EE1、FF1、GG1、HH1平行于半徑ON，ON邊可吸收到達(dá)其上的所有光線.已知該棱鏡的折射率n＝

，若平行光束垂直入射并覆蓋OM，則光線能從棱鏡NM弧面射出的范圍是A.NE1

B.NF1C.NG1 D.NH11234567891011121314圖8√151234567891011121314解析由臨界角公式得sinC＝

，設(shè)圓弧的半徑為R，RsinC＝

R，則由題意可知，當(dāng)光線從G點(diǎn)入射到圓弧面G1點(diǎn)時(shí)恰好發(fā)生全反射.當(dāng)入射點(diǎn)在G1點(diǎn)的右側(cè)時(shí)，入射角大于臨界角，將發(fā)生全反射，光線將不能從圓弧面射出.當(dāng)入射點(diǎn)在G1點(diǎn)的左側(cè)時(shí)，入射角小于臨界角，不發(fā)生全反射，有部分光線將從圓弧面射出，所以光線只能從圓弧面NG1射出，故選C.1511.(2019·江蘇卷)如圖9所示，某L形透明材料的折射率n＝2.現(xiàn)沿AB方向切去一角，AB與水平方向的夾角為θ.為使水平方向的光線射到AB面時(shí)不會射入空氣，求θ的最大值.答案60°1234567891011121314圖9151234567891011121314解析光線射到AB面時(shí)不射入空氣，則在AB面發(fā)生全反射，恰好發(fā)生全反射時(shí)：sinC＝且C＋θ＝90°得θ＝60°.1512.(2020·浙江7月選考)如圖10所示，圓心為O、半徑為R的半圓形玻璃磚置于水平桌面上，光線從P點(diǎn)垂直界面入射后，恰好在玻璃磚圓形表面發(fā)生全反射；當(dāng)入射角θ＝60°時(shí)，光線從玻璃磚圓形表面出射后恰好與入射光平行.已知真空中的光速為c，則1234567891011121314能力提升練A.玻璃磚的折射率為1.5B.O、P之間的距離為

RC.光在玻璃磚內(nèi)的傳播速度為

cD.光從玻璃到空氣的臨界角為30°圖10√151234567891011121314解析光路圖如圖所示.設(shè)O、P之間的距離為x，當(dāng)θ＝60°時(shí)，折射角為r，光從玻璃磚圓形表面射出時(shí)與玻璃磚的界面交點(diǎn)為Q，由出射光線與入射光線平行知過P點(diǎn)的法線與過Q點(diǎn)的法線平行，151234567891011121314則臨界角C>30°1513.(2021·長春市實(shí)驗(yàn)中學(xué)月考)如圖11所示，三棱鏡的橫截面為直角三角形ABO，∠A＝30°，∠B＝60°.一束平行于AO邊的光線自AB邊的P點(diǎn)射入三棱鏡，在AO邊發(fā)生反射后從BO邊的M點(diǎn)射出.若光線在P點(diǎn)的入射角和在M點(diǎn)的折射角相等.1234567891011121314(1)求三棱鏡的折射率；答案見解析圖111512345678910