人教版（2019）选择性必修第一册 4.2 全反射 课件(共39张PPT)

(共39张PPT)
4.2 全反射
学习目标要求 核心素养和关键能力
1.知道什么是光疏介质与光密介质。认识光的全反射。 2.理解临界角的概念,能判断是否发生全反射。 3.知道全反射棱镜、光导纤维及其应用。 4.能够通过作光路图,解决全反射现象的有关问题 1.核心素养
(1)运用平面几何知识进行光路分析。
(2)利用光路可逆原理分析问题。
2.关键能力
运用数学知识解决物理问题的能力
4.2 全反射
学习目标
通过实验认识光的全反射现象。
01
02
03
知道什么是光疏介质,什么是光密介质。
理解临界角的概念和发生全反射的条件,并能解决有关问题。
04
知道光导纤维及其应用。
观察与思考：水中的气泡，树叶上到露珠看上去晶莹剔透特别明亮，这是为什么呢？
新课引入
复习与回顾：
折射光线与入射光线、法线在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。
n12与入射角、折射角大小无关，
只与两种介质的性质有关
新课讲授
1.折射定律：
荷兰数学家斯涅耳
2.折射率：
光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率。
思考与讨论：
1.真空与某种介质相比较，谁的折射率大？
新课讲授
2.光在真空中的传播速度和介质中的传播速度，谁大？
3.光从真空射向介质时，入射角和折射角谁大？反之，光从介质射向真空，二者谁大？
介质 水 玻璃 金刚石
折射率n 1.33 1.5~1.9 n＝2.42
4.参考下表，根据刚才的讨论，如果光从玻璃射向金刚石，入射角和折射角谁大？如果光从金刚石射向玻璃，入射角和折射角谁大？
两种介质中折射率较小的介质.
两种介质中折射率较大的介质.
一、全反射
注意:“光密介质”和“光疏介质” 是相对而言的，对其界定是以折射率为依据的。
光疏介质:
光密介质:
2.光由光疏介质斜射入光密介质时，折射角 入射角；
光由光密介质斜射入光疏介质时，折射角 入射角。
3.光疏介质(n 小) 速度 ，角度 ；
光密介质(n 大) 速度 ，角度 。
小于
大于
大
大
小
小
1. 光疏介质和光密介质：
光疏介质：两种介质中折射率n较小的介质叫做光疏介质。
光密介质：两种介质中折射率n较大的介质叫做光密介质。
一、全反射
既然光由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角，那么，当入射角增大时，折射角会怎样呢？
探究思考
折射角会随之增大
α
β
B
空气
水（玻璃）
N
N′
A
O
M
M′
若继续增大入射角，又会出现什么现象呢？
当入射角增大到某个值时，折射角首先增大到90°
如果入射角再增大，会出现什么现象？
光由 介质射入 介质时，随着入射角的增大，当折射角增大到 °时，折射光线 ，只剩下 光线现象。
4.全反射：
光密
光疏
90
完全消失
反射
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。 用 表示。
5.临界角：
C
一、全反射
新课讲授
思考与讨论：
1.光由光密介质射入光疏介质时，一定发生全反射吗？发生全反射现象的条件是什么？
2.由于不同介质的折射率不同，在光从介质射向空气时，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的某种介质射向空气发生全反射的临界角C？
一、全反射
5.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
特殊的，当光疏介质为空气（真空）时，临界角C等于？
不同介质的临界角 同
介质 水 各种玻璃 金刚石
折射率 1.33 1.5~1.8 2.42
临界角C 48.8° 32°~ 42° 24.5°
（1）折射率n越大，临界角C越 ；也就越 发生全发射。
（2）临界角和折射率可以互求。
一、全反射
界面
真空
介质
法线
C
不
小
容易
水中的气泡，树叶上到露珠看上去特别明亮，是因为光在水界面上发生了全反射。
现象解释：
一、全反射
在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，为什么？这个圆锥的顶角是多大？
理解：当恰发生全反射时，折射光线沿界面传播？
几乎贴着水面射入水里的光线，在潜水员看来是从折射角为C的方向射来的，水面上其他方向射来的光线，折射角都小于C。因此他认为水面以上所有的景物都出现在顶角为2C的圆锥里。
新课讲授
在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，为什么？这个圆锥的顶角是多大？
例.(2021·江苏卷,7)某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上,将激光束垂直于AC面射入,可以看到光束从圆弧面ABC出射,沿AC方向缓慢平移该砖,在如图所示位置时,出射光束恰好消失,该材料的折射率为(　 　)
A.1.2 B.1.4 C.1.6 D.1.8
A
新课讲授
二、全反射棱镜
1.结构：横截面为等腰直角三角形。
新课讲授
二、全反射棱镜
2.作用：改变光的方向，可使光的传播方向改变90°或180°
变化90 °
变化180 °
3.特点：
①当光垂直于它的任意一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，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。
二、全反射棱镜
二、全反射棱镜
潜望镜
4.应用：
二、全反射棱镜
精密光学仪器全反射棱镜
二、全反射棱镜
4.应用：
3.优点：容量大、衰减小、抗干扰性强
三、光导纤维
1.原理：利用 原理
2.构造：由折射率较高的玻璃内芯和折射率较低的外层透明介质组成，因为内芯的折射率比外套的 ，所以，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。
大
全反射
例 光导纤维的结构如图所示，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正确的是(　　)
A．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
B．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
C．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折射
D．内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用
A
光导纤维的用途很大，医学上将其制成内窥镜，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。
医用内窥镜
光导纤维在医学上的应用
三、光导纤维
4.应用：
光纤通讯
利用光导纤维容量大、衰减小、抗干扰性强的优点进行通讯．
三、光导纤维
4.应用：
利用光导纤维抗冲击性强，可用距离长，柔软且加工性很好，输出光色变换丰富等特点来装饰照明．
光纤装饰照明
三、光导纤维
4.应用：
水流导光
将塑料瓶下侧开一个小孔，瓶中灌入清水，水就从小孔流出。用激光水平射向塑料瓶小孔（图激光可由激光笔产生），观察光的传播路径。
三、光导纤维
4.应用：
课堂小结
[例1] 某透明物体的横截面如图所示,其中ABD为等腰直角三角形,AB为直角边,长度为L,AED为一圆弧,其圆心在AD边的中点。此透明物体的折射率n=2.0。若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入该透明物体,则光线从AED圆弧射出的区域弧长s为(　 　)
B
求光线照射的范围时,关键是找出边界光线,如果发生全反射,刚好能发生全反射时的临界光线就是一条边界光线,而另一条光线可以通过分析找出。确定临界光线时,关键是确定光线在什么位置时入射角等于临界角。
1．红、黄、绿三种单色光以相同的入射角从水中射向空气，若黄光在界面上恰好发生全反射，则下列判断正确的是（　　）
A．绿光不能发生全反射
B．红光一定能发生全反射
C．黄光在水中的波长比红光在水中的波长长
D．这三种单色光相比，红光在水中传播的速率最大
D
课堂练习
课堂练习
2．如图所示，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一定不能发生全反射
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的反射光线的亮度小
课堂练习
A
【答案】A
【详解】A．根据题意，三条光线颜色相同，强度相同，所以三条光线所对应的折射率相同，当其恰好发生全反射时，临界角相同，由图可知，aO光线的入射角最大，当入射角达到临界角时，恰好发生全反射，故A正确；
BC．若bO光线发生全反射，则aO一定发生全反射，但是cO不一定发生全反射，故BC错误；
D．若aO恰好发生全反射，则bO和cO不会发生全反射，其反射光线的亮度相同，故D错误。
故选A。
课堂练习
3．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，其框外光线如图所示。方框内有两个折射率n=1.5的玻璃全反射棱镜。下列选项中给出了两棱镜四种放置方式的示意图，其中能产生上述效果的是 (　　)
B
课堂练习
课堂练习
4．光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播．以下关于光导纤维的说法正确的是（　　）
A．内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射
B．内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射
C．内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生折射
D．内芯的折射率与外套相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用
A
课堂练习
【答案】A
【详解】发生全反射的条件是光由光密介质射入光疏介质，所以内芯的折射率大，且光传播在内芯与外套的界面上发生全反射。
故选A。
课堂练习
本节课结束
谢谢聆听