人教版(新教材)高中物理選擇性必修1學案3：4 2 全反射

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第一冊PAGEPAGE14.2全反射學習目標1．知道光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)、全反射、臨界角的概念。2．理解全反射的條件，能計算有關(guān)問題和解釋相關(guān)現(xiàn)象。3．了解全反射棱鏡和光導纖維的工作原理以及在生產(chǎn)、生活中的應用。知識預覽一、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：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，同時發(fā)生折射和反射．若入射角增大到某一角度，________光線完全消失，只剩下________光線的現(xiàn)象．(2)臨界角：剛好發(fā)生全反射，即折射角等于________時的入射角．用字母C表示，光從介質(zhì)射入空氣(真空)時，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＝eq\f(1,n).(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．二、全反射棱鏡1．形狀：截面為等腰直角三角形的棱鏡．2．全反射棱鏡的特點(1)當光垂直于它的一個界面射入后，都會在其內(nèi)部發(fā)生________，與平面鏡相比，它的反射率很高．(2)反射面不必涂敷任何反光物質(zhì)，反射時失真________.三、光導纖維1．原理：利用了光的全反射．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大，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射．3．光纖通信的優(yōu)點是容量大、衰減小、抗干擾性強等．4．光導纖維除應用于光纖通信外，還可應用于醫(yī)學上的內(nèi)窺鏡等．

引導與理解一、全反射1．全反射現(xiàn)象(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)全反射遵循的規(guī)律：①發(fā)生全反射時，光全部返回原介質(zhì)，入射光與反射光遵循光的反射定律．②全反射的臨界角C和折射率n的關(guān)系：sinC＝eq\f(1,n).(3)從能量角度來理解全反射：當光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，隨著入射角增大，折射角也增大．同時折射光線強度減弱，能量減小，反射光線強度增強，能量增加，當入射角達到臨界角時，折射光線強度減弱到零，反射光線的能量等于入射光線的能量．2．不同色光的臨界角：由于不同顏色(頻率不同)的光在同一介質(zhì)中的折射率不同．頻率越大的光，折射率也越大，所以不同顏色的光由同一介質(zhì)射向空氣或真空時，頻率越大的光的臨界角越小，越易發(fā)生全反射．例1.某種介質(zhì)對空氣的折射率是eq\r(2)，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為介質(zhì))()二、全反射棱鏡全反射棱鏡改變光路的幾種情況入射方式項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2.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，其框外光線如圖所示．方框內(nèi)有兩個折射率n＝1.5的全反射玻璃棱鏡．下列選項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()三、光導纖維1.構(gòu)造及傳播原理(1)構(gòu)造：光導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．(2)傳播原理：光由一端進入，在兩層的界面上經(jīng)過多次全反射，從另一端射出，光導纖維可以遠距離傳播光信號，光信號又可以轉(zhuǎn)換成電信號，進而變?yōu)槁曇?、圖象．2．光導纖維的折射率：設(shè)光導纖維的折射率為n，當入射角為θ1時，進入光導纖維的光線傳到側(cè)面恰好發(fā)生全反射，則有：sinC＝eq\f(1,n)，n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，C＋θ2＝90°，由以上各式可得：sinθ1＝eq\r(n2－1).由圖可知：當θ1增大時，θ2增大，由光導纖維射向空氣的光線的入射角θ減小，當θ1＝90°時，若θ＝C，則所有進入光導纖維中的光線都能發(fā)生全反射，即解得n＝eq\r(2).以上是光從光導纖維射向真空時得到的折射率，由于光導纖維包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比eq\r(2)大些．例3.如圖所示，AB為一直光導纖維，A、B之間距離為s，使一光脈沖信號從光導纖維中間入射，射入后在光導纖維與空氣的界面上恰好發(fā)生全反射，由A點傳輸?shù)紹點所用時間為t，求光導纖維所用材料的折射率n.(已知光在真空中的傳播速度為c)

四、全反射的應用解決全反射問題的思路(1)確定光是由光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)還是由光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)．(2)若光由介質(zhì)進入空氣(真空)時，則根據(jù)sinC＝eq\f(1,n)確定臨界角，看是否發(fā)生全反射．(3)根據(jù)題設(shè)條件，畫出入射角等于臨界角的“臨界光路”．(4)運用幾何關(guān)系、三角函數(shù)關(guān)系、反射定律等進行判斷推理、運算及變換并進行動態(tài)分析或定量計算．例4.一厚度為h的玻璃板水平放置，其下表面貼有一半徑為r的圓形發(fā)光面．在玻璃板上表面放置一半徑為R的圓紙片，圓紙片與圓形發(fā)光面的中心在同一豎直線上．已知圓紙片恰好能完全遮擋住從圓形發(fā)光面發(fā)出的光線(不考慮反射)，求玻璃板的折射率．自主檢測1．關(guān)于全反射，下列敘述中正確的是()A．發(fā)生全反射時仍有折射光線，只是折射光線非常弱B．光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，一定會發(fā)生全反射現(xiàn)象C．光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，可能不發(fā)生全反射現(xiàn)象D．光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時，可能發(fā)生全反射現(xiàn)象2.(多選)夏天，海面上的下層空氣的溫度比上層低．我們設(shè)想海面上的空氣是由折射率不同的許多水平氣層組成的，遠處的景物發(fā)出的光線由于不斷被折射，越來越偏離原來的方向，以至發(fā)生全反射．人們逆著光線看去就出現(xiàn)了蜃景，如圖所示，下列說法中正確的是()A．海面上上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要小B．海面上上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要大C．A是蜃景，B是景物D．B是蜃景，A是景物3．自行車尾燈采用了全反射棱鏡的原理，它雖然本身不發(fā)光，但在夜間行駛時，從后面開來的汽車發(fā)出的強光照在自行車尾燈上，會有較強的光被反射回去，使汽車司機注意到前面有自行車．尾燈由透明介質(zhì)做成，其外形如圖所示．下列說法中正確的是()A．汽車燈光應從左面射過來，在尾燈的左表面發(fā)生全反射B．汽車燈光應從左面射過來，在尾燈的右表面發(fā)生全反射C．汽車燈光應從右面射過來，在尾燈的右表面發(fā)生全反射D．汽車燈光應從右面射過來，在尾燈的左表面發(fā)生全反射4．光導纖維的結(jié)構(gòu)如圖所示，其內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播，以下關(guān)于光導纖維的說法正確的是()A．內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時在內(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，可以起保護作用5．如圖所示，一個透明玻璃球的折射率為eq\r(2)，一束足夠強的細光束在過球心的平面內(nèi)，以45°入射角由真空射入玻璃球后，在玻璃球與真空的交界面處發(fā)生多次反射和折射，從各個方向觀察玻璃球，能看到從玻璃球內(nèi)射出的光線的條數(shù)是()A．2B．3C．4D．5

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁知識預覽一、1(1)小(2)大(3)相對2．(1)折射反射(2)90°(3)①光密光疏②等于或大于．二、2．(1)全反射(2)小引導與理解例1.〖答案〗D〖解析〗由題意知，光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，由sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(2),2)，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D正確．例2.〖答案〗B〖解析〗四個選項的光路圖如圖所示：可知B項正確．例3.〖答案〗eq\r(\f(ct,s))〖解析〗設(shè)光導纖維所用材料的折射率為n，則有sinα＝sinC＝eq\f(1,n)n＝eq\f(c,v)t＝eq\f(\f(s,sinα),v)＝eq\f(s,vsinα)由以上三式解得t＝eq\f(s,\f(c,n)·\f(1,n))＝eq\f(sn2,c)，所以n＝eq\r(\f(ct,s)).例4.〖答案〗eq\r(1＋\f(h,R－r)2)〖解析〗如圖所示，從圓形發(fā)光面邊緣的A點發(fā)出的一條光線射到玻璃板上表面A′點恰好發(fā)生全反射，則有sinC＝eq\f(1,n)又由幾何關(guān)系：sinC＝eq\f(L,\r(L2＋h2))其中L＝R－r聯(lián)立以上各式解得n＝eq\f(\r(L2＋h2),L)＝eq\r(1＋\f(h,R－r)2).自主檢測1．〖答案〗C〖解析〗發(fā)2.〖答案〗AC〖解析〗由題意，夏天海面上的下層空氣的溫度比上層低，下層空氣的密度比上層大，折射率也比上層大，故A正確，B錯誤；我們可以把海面上的空氣看作是由折射率不同的許多水平氣層組成的．遠處的景物發(fā)出的光線射向空中時，由于不斷被折射，越來越偏離法線方向，進入上層的入射角不斷增大，以致發(fā)生全反射，光線反射回地面，人們逆著光線看去，就會看到遠方的景物懸在空中，而產(chǎn)生了“海市蜃樓”現(xiàn)象．可見，題圖中A是全反射形成的蜃景，B是景物，故C正確，D錯誤．