4.2 全反射 学案 （无答案）

4.2全反射
【学习目标】
1、理解光的全反射；
2、掌握临界角的概念、表达式和发生全反射的条件；
3、了解全反射现象的应用。
【重点】临界角的概念及表达式、全反射的条件、全反射的应用；
【难点】全反射的条件、全反射的应用。
【课前自主学习】
1、当光由________ 射入_________时，当入射角增大到一定程度时，光线将全部反射回光密介质中，这种现象叫光的全反射。
2、发生全反射的两个条件是：（1）______________________;(2) _______________________。
3、1966 年，33 岁的华裔科学家__________提出：光通过直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来传输大量信息。__________因此获得 2009 年诺贝尔物理学奖。根据这一理论制造的光导纤维（optical fiber）已经普遍应用到通信领域。这其中就用到了__________原理。
当光在有机玻璃棒内传播时，如果从有机玻璃射向空气的入射角大于临界角，__________，于是光在有机玻璃棒内沿着锯齿形路线传播。这就是__________的原理。
实用光导纤维的直径只有几微米到一百微米。因为很细，一定程度上可以弯折。它由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大，____________________
4、传统的导线传输技术存在衰减大、容量小、抗干扰能力弱等缺点，而光纤通信的主要优点就是_________、衰减小_____________能力强。
【课堂合作探究】
思考：夏季的早晨，从某一方向看植物叶子上的露珠会格外明亮，玻璃中的气泡从侧面看也是特别明亮，这是什么道理呢？
一、区分光疏介质与光密介质
1.光疏介质：_________________________________________________________
光密介质：_________________________________________________________
光疏介质和光密介质是______的．
例如：水、空气和玻璃三种物质相比较，水对空气来说是光密介质，而水对玻璃来说是光疏介质。
2.光在光密介质中传播速度______，在光疏介质中传播速度______。
3.光疏与光密就是密度吗？
总结：1.光若从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角；反之，光由光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角。
2．光疏和光密是从介质的光学特性来说的，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质。
3．光疏介质和光密介质的比较。
光的速度 折射率
光疏介质 大 小
光密介质 小 大
几种介质的折射率和密度
介质 折射率 密度
空气 1.00028 0.00129
水 1.33 1.00
玻璃 1.5~1.8 2.60
酒精 1.36 0.8
金刚石 2.42 3.52
【例1】 下列说法中正确的是(　　)。
A．因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质
B．因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质
C．同一束光，在光密介质中的传播速度较大
D．同一束光，在光密介质中的传播速度较小
【变式训练】图中三种介质分别为水晶、金刚石、水，试判断①②③分别代表哪一种介质？
(
①
②
③
)
二、全反射
观察光的全反射实验：随着入射角的增大，注意观察一下几点
1.折射角逐渐（ ） 2.折射光线亮度逐渐（ ）
3.反射角逐渐（ ） 4.反射光线亮度逐渐（ ）
5.当入射角增大到某一角度时，折射光线，所有光线全部反射。
总结
1.概念：光由介质射入介质时，折射角大于入射角，随着入射角增大折射光线越来越偏离法线，折射光线越来越弱，而反射光线就越来越强，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90度时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫做全反射。
2.临界角：一般用字母C表示。
3.发生全反射条件：
要发生全反射，必须同时具备两个条件：①从光密到光疏 ②入射角等于或大于临界角
4.临界角与折射率的关系
光由介质射入空气(或真空)时，sin C＝
【例2】 (多选)下列选项所示光线由空气透过半圆形玻璃砖，再射入空气的光路图中，正确的是(玻璃的折射率为1.5)(　　)
【变式训练】(多选)一束光从空气射向折射率n＝的某种玻璃的表面，如图所示．θ1代表入射角，则（ ）
A．当θ1>45°时会发生全反射现象
B．无论入射角θ1是多大，折射角θ2都不会超过45°
C．当入射角θ1＝45°时，折射角θ2＝30°
D．当入射角θ1＝60°时，反射光线与折射光线垂直
三、全反射的应用
1.全反射棱镜：玻璃棱镜的截面为________________，当光从图中所示的方向射入玻璃时，由于光的方向与玻璃面垂直，________________。但在玻璃内部，光射向玻璃与空气的界面时，________________，发生全反射。与平面镜相比，它的反射率高，________________。这种棱镜在光学仪器中可用来改变光的方向。
2．光导纤维及其应用
(1)原理：利用了光的（ ）。
(2)构造：光导纤维是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外层透明介质两层组成。内芯的折射率比外层的，光传播时在内芯与外层的界面上发生。
(3)主要优点：容量大、能量损耗小、抗干扰能力强，保密性好等。
如果把光导纤维聚集成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图像就可以从一端传到另一端。 医学上用这种光纤制成内窥镜用来检查人体胃、肠、气管等脏器的内部。 实际的内窥镜装有两组光纤，一组把光传送到人体内部进行照明，另一组把体内的图像传出供医生观察。
光导纤维的用途很大，医学上将其制成__________，用来检查人体内脏的内部。
实际的内窥镜装有两组光纤，一组____________________，另一组____________________。
光导纤维的用途很大，通过它可以实现__________。
3、海市蜃楼，沙漠里的蜃景现象的解释
【例3】如图所示，一根长为L的直光导纤维，它的折射率为n.光从它的一个端面射入，从另一端面射出所需的最长时间为多少？(设光在真空中的光速为c)
[变式训练]华裔科学家高锟被誉为“光纤通讯之父”．光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播．内芯的折射率比外套的________，光传播时在内芯与________的界面上发生全反射．
【知识巩固与提升】
1．关于全反射及其应用的认识，下列说法正确的是(　　)
A．光纤通信利用了光的折射
B．全反射是反射光线与折射光线重合的一种现象
C．光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射
D．光线从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射
2、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)(　　)
3、如图所示，一条光线从空气中垂直射到棱镜界面BC上，棱镜的折射率为，这条光线离开棱镜时与界面的夹角为（ )
A.30° B.45° C.60° D.90°
4、光线从某介质射入空气中,当入射角为300时,其折射角为450,则这种介质对空气的临界角是 ( )
A.600 B.450 C.900 D.300
5、如图所示，已知介质Ⅱ为空气，介质Ⅰ的折射率为 ，则下列说法中正确的是（ ）
A. 光线a、b都不能发生全反射
B. 光线a、b都能发生全反射
C. 光线a发生全反射，光线b不发生全反射
D. 光线a不发生全反射，光线b发生全反射
6、一束光从某介质进入真空，方向如图所示，则下列判断中正确的是(　　)
A．该介质的折射率是
B．该介质的折射率是
C．该介质相对真空发生全反射的临界角是45°
D．光线按如图所示的方向入射，无论怎样改变入射方向，都不可能发生全反射现象
7、一束光波以45°的入射角，从AB面射入如图所示的透明三棱镜中，棱镜折射率n＝.试求光进入AB面的折射角，并在图上画出该光束在棱镜中的光路．
8、如图：在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为3.0 m．从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为.
(1)求池内的水深；
(2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到池面的高度为2.0 m．当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45°.求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字)．