（浙江新高考专用版）2019-2020学年高中物理 第十三章 光 2 全反射课件 新人教版选修3-4

第十三章光2全反射知识内容选考要求课时要求全反射c1.区分光疏介质和光密介质.2.了解全反射现象，知道其产生条件.3.知道光导纤维和全反射棱镜，了解它们的应用.4.会计算全反射临界角.NEIRONGSUOYIN内容索引自主预习预习新知夯实基础重点探究启迪思维探究重点达标检测检测评价达标过关课时对点练注重双击强化落实自主预习一、全反射1.光疏介质和光密介质(1)光疏介质：折射率较(填“大”或“小”)的介质.(2)光密介质：折射率较(填“大”或“小”)的介质.(3)光疏介质与光密介质是(填“相对”或“绝对”)的.小大相对2.全反射现象(1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射.若入射角增大到某一角度，光线完全消失，只剩下光线的现象.(2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于时的入射角.用字母C表示，光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sinC＝.(3)全反射发生的条件①光从介质射入介质.②入射角临界角.1n折射反射90°光密光疏等于或大于二、全反射棱镜1.形状：截面为三角形的棱镜.2.全反射棱镜的特点(1)当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生，与平面镜相比，它的反射率很高.(2)反射面不必涂敷任何反光物质，反射时失真.等腰直角全反射小三、光导纤维1.原理：利用了光的.2.构造：由内芯和外套两层组成.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.3.光纤通信的优点是容量、衰减、抗干扰性强等.4.光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等.全反射大小全反射大1.判断下列说法的正误.(1)入射角大于临界角就会发生全反射现象.()(2)光密介质是指密度大的介质.()(3)制作全反射棱镜的材料的折射率一定大于.()(4)光在光导纤维中的传播速度小于真空中的光速c.()即学即用×××√22.一束光从某介质进入真空，方向如图1所示，则该介质的折射率为_____；逐渐增大入射角，光线将_____(填“能”或“不能”)发生全反射；若使光发生全反射，应使光从______射入_______，且入射角大于等于______.图2245°能介质真空重点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？一、全反射导学探究答案不正确.要发生全反射必须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可能发生全反射.1.全反射现象(1)全反射的条件：①光由光密介质射入光疏介质.②入射角大于或等于临界角.(2)全反射遵循的规律：①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.②全反射的临界角C和折射率n的关系：sinC＝.(3)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，能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光线的能量等于入射光线的能量.知识深化1n2.不同色光的临界角由于不同颜色(频率不同)的光在同一介质中的折射率不同.频率越大的光，折射率也越大，所以不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越大的光的临界角越小，越易发生全反射.例1某种介质对空气的折射率是，一束光从该介质射向空气，入射角是60°，则下列光路图中正确的是(图中Ⅰ为空气，Ⅱ为介质)2解析由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sinC＝1n＝22，得C＝45°＜θ＝60°，故在两介质的界面上会发生全反射，只有反射光线，没有折射光线，故选项D正确.√二、全反射棱镜如图所示，已知玻璃的折射率为1.5，甲图中当光线垂直BC面入射时，光线到达AC面的入射角是多少？能否发生全反射？乙图中当光线垂直AC面入射时，光线到达AB面的入射角是多少？能否发生全反射？导学探究答案45°能发生全反射45°能发生全反射全反射棱镜改变光路的几种情况知识深化入射方式项目方式一方式二方式三光路图入射面ABACAB全反射面ACAB、BCAC光线方向改变角度90°180°0°(发生侧移)例2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2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图2√解析四个选项的光路图如图所示：可知B项正确.三、光导纤维如图所示是光导纤维的结构示意图，其内芯和外套由两种光学性能不同的介质构成.构成内芯和外套的两种介质，哪个折射率大？为什么？导学探究答案内芯的折射率大.因为当内芯的折射率大于外套的折射率时，光在传播时能发生全反射，光线经过多次全反射后能从一端传到另一端.1.构造及传播原理(1)构造：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有几微米到一百微米，如图3所示，它是由内芯和外套两层组成的，内芯的折射率大于外套的折射率.知识深化图3(2)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信号，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像.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，进入光导纤维的光线传到侧面恰好发生全反射，则有：sinC＝1n，n＝sinθ1sinθ2，C＋θ2＝90°，由以上各式可得：sinθ1＝n2－1.由图4可知：当θ1增大时，θ2增大，由光导纤维射向空气的光线的入射角θ减小，当θ1＝90°时，若θ＝C，则所有进入光导纤维中的光线都能发生全反射，即解得n＝.以上是光从光导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，因此折射率要比大些.2图42例3如图5所示，AB为一直光导纤维，A、B之间距离为s，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维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，求光导纤维所用材料的折射率n.(已知光在真空中的传播速度为c)图5答案cts解析设光导纤维所用材料的折射率为n，则有sinα＝sinC＝1n，n＝cv，t＝ssinαv＝svsinα由以上三式解得t＝scn·1n＝sn2c，所以n＝cts.[学科素养]例3这道题是全反射知识的应用，注意挖掘题目中隐含条件，“恰好”暗含的条件是入射角等于临界角.本题意在考查学生灵活运用相关知识解决实际问题的能力，体现了“科学思维”的学科素养.四、全反射的应用解决全反射问题的思路(1)确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质.(2)若光由介质进入空气(真空)时，则根据sinC＝确定临界角，看是否发生全反射.(3)根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”.(4)运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理、运算及变换并进行动态分析或定量计算.1n例4一厚度为h的玻璃板水平放置，其下表面贴有一半径为r的圆形发光面.在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上.已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求玻璃板的折射率.答案1＋hR－r2解析如图所示，从圆形发光面边缘的A点发出的一条光线射到玻璃板上表面A′点恰好发生全反射，则有sinC＝1n，又由几何关系：sinC＝LL2＋h2联立以上各式解得n＝L2＋h2L＝1＋hR－r2.其中L＝R－r达标检测1.(对全反射的理解)(多选)如图6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，均由空气沿半圆半径方向射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置.下列说法正确的是A.假若三条光线中只有一条在O点发生了全反射，那一定是aO光线B.假若光线bO能发生全反射，那么光线cO一定能发生全反射C.假若光线bO能发生全反射，那么光线aO一定能发生全反射D.假若光线aO恰能发生全反射，那么光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度大√1234图6√√解析在玻璃砖直径界面，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.假若只有一条光线发生了全反射，那一定是aO光线，因为它的入射角最大，所以选项A对；假若光线bO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一定能发生全反射，光线cO的入射角可能大于或等于临界角，也可能小于临界角，因此光线cO不一定能发生全反射，所以选项B错，C对；假若光线aO恰能发生全反射，则光线bO和光线cO都不能发生全反射，但光线bO的入射角更接近于临界角，所以光线bO的反射光线比光线cO的反射光线强，即光线bO的反射光线亮度较大，所以D对.12342.(全反射棱镜)如图所示是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234解析光线垂直射入棱镜，方向不变，射到棱镜斜面上时，入射角大于棱镜的临界角(大约42°)而发生全反射，由于入射角为45°，则反射角等于45°，反射光线再垂直射出棱镜，故A光路可以发生，B、C、D不可以，故A正确，B、C、D错误.1√3.(光导纤维)华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理学奖，他被誉为“光纤通信之父”.光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图7所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播.下列关于光导纤维的说法中正确的是A.内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B.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C.波长越短的光在光纤中传播的速度越大D.频率越大的光在光纤中传播的速度越大图7√1234解析当内芯的折射率比外套的大时，光传播时在内芯与外套的界面上才能发生全反射，A错误，B正确；波长越短的光，频率越大，介质对它的折射率n越大，根据公式v＝，光在光纤中传播的速度越小，C、D错误.1234cn4.打磨某剖面如图8所示的宝石时，必须将OP、OQ边与轴线的夹角θ切磨在θ1＜θ＜θ2的范围内，才能使从MN边垂直入射的光线，在OP边和OQ边都发生全反射(仅考虑如图所示的光线第一次射到OP边并反射到OQ后射向MN边的情况)，则下列判断正确的是A.若θ＞θ2，光线一定在OP边发生全反射B.若θ＞θ2，光线会从OQ边射出C.若θ＜θ1，光线会从OP边射出D.若θ＜θ1，光线会在OP边发生全反射1234图8√解析由全反射的临界角满足sinC＝，则入射角满足i≥C时发生全反射，作出光路，当θ＞θ2时，根据几何关系可知光线在OP边上的入射角较小，光线将从OP边射出，A、B错误；同理，当θ＜θ1时，光线在OP边上的入射角较大，大于临界角，光线将在OP边发生全反射，C错误，D正确.1n1234课时对点练一、选择题考点一对全反射的理解1.关于全反射，下列叙述中正确的是A.发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非常弱B.光从光密介质射向光疏介质时，一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123456789101112√解析发生全反射时折射光线消失，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，二者缺一不可，所以选项B、D错误，选项C正确.1234567891011122.(多选)(2018·天台高二检测)以下现象中是由于光的全反射形成的是A.将空玻璃试管插入水中看上去比充满水的试管要亮得多B.夜晚，湖面上映出了岸上的彩灯C.夏天，海面上出现的海市蜃楼D.在炎热的夏天，向远处的柏油马路看去，路面特别明亮光滑，像用水淋过一样√123456789101112√√3.如图1是在高山湖泊边拍摄的一张风景照片，湖水清澈见底，近处湖面水下的景物(石块、砂砾等)都看得很清楚，而远处则只看到对岸山峰和天空彩虹的倒影，水面下的景物则根本看不到.下列说法中正确的是A.远处山峰的倒影非常清晰，是因为山峰的光线在水面上发生了全反射B.光线由水射入空气，光的波速变大，波长变短C.远处水面下景物的光线射到水面处，入射角很大，