4.2 全反射（导学案）人教版选择性必修第一册（有解析）
文档属性
| 名称 | 4.2 全反射（导学案）人教版选择性必修第一册（有解析） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 519.0KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-09-02 11:41:59 | ||
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文档简介
4.2全反射
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】
知识前置
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、我们常说的“光纤通信”是利用了光的__________原理。
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。
【易错辨析】
1、水一定是光密介质。（）
2、两种介质相比，光在光密介质中的速度一定较小。（）
3、两种介质相比，光密介质的密度一定较大。（）
4、光线从一种介质进入另一种介质时，在光密介质中与法线夹角较小。（）
5、两种介质相比，光疏介质的折射率一定较小。（）
二、新知学习
1.想一想：水中的气泡看上去特别明亮，这是为什么呢？
光疏介质和光密介质
光疏介质:两种介质中折射率________的介质叫做光疏介质.
光密介质:两种介质中折射率________的介质叫做光密介质.
玻璃相对于水是________介质
玻璃相对于金刚石是________介质
观察全反射现象
如图 让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，在这个边与空气的界面上会发生反射和折射。逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化。
观察全反射现象
实验现象
随着入射角的逐渐增大的过程中
折射角逐渐________ ；
折射光线亮度逐渐________；
反射角逐渐________；
反射光线亮度逐渐________；
当入射角增大到某一角度时，折射光线消失，________________。
全反射的定义
全反射：________________，________________，光线全部被反射回原光密介质的现象。
临界角：当光从光密介质射入光疏介质时，折射角等于900角时的入射角叫做临界角。用C表示。
发生全反射的条件
（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；
临界角C的大小由折射率可得：________________
临界角的正弦值：________________
思考与讨论：
由于不同介质的折射率不同，在光从介质射入空气（真空）时，发生全反射的临界角是不一样的。怎样计算光从折射率为 n 的某种介质射入空气（真空）发生全反射时的临界角 C ？计算时可以先考虑图 的情形：光以接近 90°的入射角从空气射入介质，求出这时的折射角。根据光路可逆的道理，也就知道光从介质射入空气时发生全反射的临界角了
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。
全反射棱镜
光导纤维
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。
想一想：
观察光在弯曲的有机玻璃棒中传播的路径
如图 激光笔发出的光射入一根弯曲的有机玻璃棒的一端，观察光传播的路径有什么特点。
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，____________________
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（图 1）。 医学上用这种光纤制成内窥镜②（图 2）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
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__________。
光纤通信的主要优点是__________、__________、__________。
一路光纤的传输能力理论值为__________，__________。
虽然光纤通信的发展历史只有20多年的，但是发展的速度是惊人的。
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．（单选）如图所示，将一个半圆形玻璃砖置于空气中，当一束单色光入射到玻璃砖的圆心O时，下列情况不可能发生的是( )
A.介质1的折射
3.（单选）如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球，则下列说法正确的是( )
A．小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球
B．小球所发的光能从水面任何区域射出
C．小球所发的光从水中进入空气后频率变大
D．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大
4．（单选）夏天，海面上的下层空气的温度比上层空气的温度低．可以设想海面上的空气是由折射率不同的许多水平气层组成的．景物反射的光线由于不断被折射，越来越偏离原来的方向，人们逆着光线看去就出现了蜃景．如图所示，下列说法正确的是( )
A．蜃景是景物由于海平面对光的反射所成的像
B．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率大
C．A是蜃景，B是景物
D．B是蜃景，A是景物
参考答案
【答案】D
【解析】光纤通信利用了光的全反射现象，故A错误；发生全反射时，折射光线完全消失，故B错误；光只有从光密介质射向光疏介质，且入射角大于等于临界角，才能发射全反射，光从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射，故C错误，D正确．
2.【答案】A
【解析】 当光由空气射入半圆形玻璃砖并发生折射时，折射角应小于入射角，故A不可能，符合题意；当光由空气斜射入半圆形玻璃砖时，既有反射光线又有折射光线，折射角小于入射角是可能发生的，故B可能；当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角小于临界角，既有反射光线又有折射光线是可能发生的，故C可能；当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角大于等于临界角，会发生全反射，这种情况是可能发生的，故D可能．
3.【答案】D
【解析】光从光密介质(水)进入光疏介质(空气)，当入射角小于临界角时，不会发生全反射，只要在没有发生全反射的区域，上面或侧面都有光射出，射出的光进入人眼，人就能看见小球，故A、B错误；光从一种介质进入另一种介质时，光的频率不会发生改变，则小球所发的光从水中进入空气后频率不变，故C错误；根据n＝可得v＝，由于水对光的折射率大于空气对光的折射率，则小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大，故D正确．
4.【答案】C
【解析】当大气层比较平静时，空气的密度随温度的升高而减小，对光的折射率也随之减小，海面上下层空气的温度比上层空气的温度低，下层空气的折射率比上层的大．远处的景物反射的光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较低的上一层的入射角越来越大，当光线的入射角大于临界角时，就会发生全反射现象．在地面附近的观察者就可以观察到由空中射来的光线形成的虚像．这就是海市蜃楼的景象，故选C.
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】
知识前置
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、我们常说的“光纤通信”是利用了光的__________原理。
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。
【易错辨析】
1、水一定是光密介质。（）
2、两种介质相比，光在光密介质中的速度一定较小。（）
3、两种介质相比，光密介质的密度一定较大。（）
4、光线从一种介质进入另一种介质时，在光密介质中与法线夹角较小。（）
5、两种介质相比，光疏介质的折射率一定较小。（）
二、新知学习
1.想一想：水中的气泡看上去特别明亮，这是为什么呢？
光疏介质和光密介质
光疏介质:两种介质中折射率________的介质叫做光疏介质.
光密介质:两种介质中折射率________的介质叫做光密介质.
玻璃相对于水是________介质
玻璃相对于金刚石是________介质
观察全反射现象
如图 让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，在这个边与空气的界面上会发生反射和折射。逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化。
观察全反射现象
实验现象
随着入射角的逐渐增大的过程中
折射角逐渐________ ；
折射光线亮度逐渐________；
反射角逐渐________；
反射光线亮度逐渐________；
当入射角增大到某一角度时，折射光线消失，________________。
全反射的定义
全反射：________________，________________，光线全部被反射回原光密介质的现象。
临界角：当光从光密介质射入光疏介质时，折射角等于900角时的入射角叫做临界角。用C表示。
发生全反射的条件
（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；
临界角C的大小由折射率可得：________________
临界角的正弦值：________________
思考与讨论：
由于不同介质的折射率不同，在光从介质射入空气（真空）时，发生全反射的临界角是不一样的。怎样计算光从折射率为 n 的某种介质射入空气（真空）发生全反射时的临界角 C ？计算时可以先考虑图 的情形：光以接近 90°的入射角从空气射入介质，求出这时的折射角。根据光路可逆的道理，也就知道光从介质射入空气时发生全反射的临界角了
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。
全反射棱镜
光导纤维
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。
想一想：
观察光在弯曲的有机玻璃棒中传播的路径
如图 激光笔发出的光射入一根弯曲的有机玻璃棒的一端，观察光传播的路径有什么特点。
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，____________________
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（图 1）。 医学上用这种光纤制成内窥镜②（图 2）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
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__________。
光纤通信的主要优点是__________、__________、__________。
一路光纤的传输能力理论值为__________，__________。
虽然光纤通信的发展历史只有20多年的，但是发展的速度是惊人的。
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．（单选）如图所示，将一个半圆形玻璃砖置于空气中，当一束单色光入射到玻璃砖的圆心O时，下列情况不可能发生的是( )
A.介质1的折射
3.（单选）如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球，则下列说法正确的是( )
A．小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球
B．小球所发的光能从水面任何区域射出
C．小球所发的光从水中进入空气后频率变大
D．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大
4．（单选）夏天，海面上的下层空气的温度比上层空气的温度低．可以设想海面上的空气是由折射率不同的许多水平气层组成的．景物反射的光线由于不断被折射，越来越偏离原来的方向，人们逆着光线看去就出现了蜃景．如图所示，下列说法正确的是( )
A．蜃景是景物由于海平面对光的反射所成的像
B．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率大
C．A是蜃景，B是景物
D．B是蜃景，A是景物
参考答案
【答案】D
【解析】光纤通信利用了光的全反射现象，故A错误；发生全反射时，折射光线完全消失，故B错误；光只有从光密介质射向光疏介质，且入射角大于等于临界角，才能发射全反射，光从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射，故C错误，D正确．
2.【答案】A
【解析】 当光由空气射入半圆形玻璃砖并发生折射时，折射角应小于入射角，故A不可能，符合题意；当光由空气斜射入半圆形玻璃砖时，既有反射光线又有折射光线，折射角小于入射角是可能发生的，故B可能；当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角小于临界角，既有反射光线又有折射光线是可能发生的，故C可能；当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角大于等于临界角，会发生全反射，这种情况是可能发生的，故D可能．
3.【答案】D
【解析】光从光密介质(水)进入光疏介质(空气)，当入射角小于临界角时，不会发生全反射，只要在没有发生全反射的区域，上面或侧面都有光射出，射出的光进入人眼，人就能看见小球，故A、B错误；光从一种介质进入另一种介质时，光的频率不会发生改变，则小球所发的光从水中进入空气后频率不变，故C错误；根据n＝可得v＝，由于水对光的折射率大于空气对光的折射率，则小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大，故D正确．
4.【答案】C
【解析】当大气层比较平静时，空气的密度随温度的升高而减小，对光的折射率也随之减小，海面上下层空气的温度比上层空气的温度低，下层空气的折射率比上层的大．远处的景物反射的光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较低的上一层的入射角越来越大，当光线的入射角大于临界角时，就会发生全反射现象．在地面附近的观察者就可以观察到由空中射来的光线形成的虚像．这就是海市蜃楼的景象，故选C.