教科版高中物理选择性必修第一册第四章光及其应用第3节光的全反射课件（45页PPT）

(共45张PPT)
[学习目标]
1.知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念。
2.知道全反射现象，理解全反射的条件，能计算有关问题和解释相关现象。
3.了解全反射棱镜及光导纤维的工作原理和在生产、生活中的应用。
1.全反射：光从光密介质射到光疏介质的界面时，全部被反射回原介质中传播的现象叫作______。
2.临界角：光从某种介质射向真空或空气，折射角为90°时的______，称为这种介质的临界角。
3.全反射的条件：一是光需从光密介质射至____介质的界面上；二是入射角必须____或_____临界角。
全反射
入射角
光疏
等于
大于
(2)定性关系：介质折射率越大，发生全反射的临界角越小，越 ____发生全反射。
5.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，即折射光线能量减小，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，反射光的能量等于入射光的能量。
容易
[易错辨析]
(1)全反射是反射光线与折射光线重合的一种现象。( )
(2)光从水中射入空气中时一定能发生全反射。( )
(3)只要入射角足够大，就能发生全反射。( )
(4)水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生了全反射。( )
×
×
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√
[例1]　(2025·辽宁鞍山高二期中)如图甲所示，夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰、船舶、楼台、亭阁、集市等出现在远方的空中。如图乙所示，沙漠里有时也会看到远处的水源、仙人掌近在咫尺，可望而不可即，这就是“蜃景”。下列有关蜃景的说法错误的是(　　)
B
A.海面上，上层空气的折射率比下层空气的折射率要小
B.沙面上，上层空气的折射率比下层空气的折射率要小
C.A是蜃景，B是景物
D.C是蜃景，D是景物
解析　海面上，下层空气的温度比上层的低，密度比上层的大，故海面附近的空气折射率从下到上逐渐减小，光线向上射，人眼逆着光有时会看到空中楼阁，这是蜃景；沙面上，下层空气的温度比上层的高，密度比上层的小，故沙漠地表附近的空气折射率从下到上逐渐增大，光向下射时，人眼逆着光有时会看到远处的水源、仙人掌，这是蜃景，故A、C、D正确，B错误。
[例2]　(2025·四川绵阳中学期末)如图所示，直角三棱镜ABC的斜边AB长为L，∠C＝90°，∠A＝θ(未知)，一束单色光从斜边上某点(非中点)垂直入射到棱镜中，已知棱镜折射率为n＝2，单色光在真空中的传播速度为c。
[总结提升]
1.光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小。
2.分析光的全反射时，关键是根据临界条件画出发生全反射时的光路图，再利用几何知识分析边角关系。当发生全反射时，仍遵循光的反射定律及光路可逆。
1.光导纤维
(1)光导纤维对光的传导利用了______原理，是非常细的特制玻璃丝，直径从几微米到100 μm之间，由内芯和外层透明介质两层组成。内芯的折射率比外套的折射率大，光传播时在内芯与外套的界面上发生______。
(2)光纤通信，就是把载有____、____和各种数字信号的激光从光纤的一端输入，沿着光纤传到另一端去。其主要优点是容量大、衰减小、__________强、传输质量高。
全反射
全反射
声音
图像
抗干扰能力
[思考探究]
自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理。它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车。尾灯的原理如图所示，你知道汽车灯光是从尾灯的哪面射过来的，又是在哪面发生的全反射吗？
提示　如图所示，光线应该从右边入射，在左边两个直角边上连续发生两次全反射，利用全反射棱镜的原理使入射光线偏折180°。
[例3]　由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为高速传输信息的载体。要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多少？
解析　设激光束在光导纤维前端的入射角为θ1，折射角为θ2，折射光线射向侧面时的入射角为θ3，如图所示。
[例4]　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的全反射玻璃棱镜。下列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(　　)
解析　四个选项的光路图如图所示。可知选项B正确。
B
1.(全反射的条件)(2023·福建卷)如图，一教师用侧面开孔的透明塑料瓶和绿光激光器演示“液流导光”实验。瓶内装有适量清水，水从小孔中流出后形成了弯曲的液流。让激光水平射向小孔，使光束与液流保持在同一竖直平面内，观察到光束沿着弯曲的液流传播。下列操作中，有助于光束更好地沿液流传播的是(　　)
B
A.减弱激光强度
B.提升瓶内液面高度
C.改用折射率更小的液体
D.增大激光器与小孔之间的水平距离
C
3.(全反射棱镜)自行车上的红色尾灯不仅是装饰品，也是夜间骑车的安全指示灯，它能把来自后面的光照反射回去。某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角三棱镜(折射率n＞)组成，棱镜的横截面如图所示。一束平行于横截面的光线从O点垂直于AB边射入棱镜，先后经过AC边和CB边反射后，从AB边的O′点射出，则出射光线是(　　)
B
A.平行于AC边的光线① B.平行于入射光线的光线②
C.平行于CB边的光线③ D.平行于AB边的光线④
答案　1.5
解析　当折射光线在AB边恰好不能射出时，在AB边上的入射角等于全反射临界角C0，DA＝DE，各个角度如图所示。
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[基础巩固练]
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1.(2024·海南卷)一正三角形OPQ玻璃砖，某束光线垂直于OP射入，恰好在PQ界面发生全反射，则玻璃砖的折射率为(　　)
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2.(多选)等腰三角形△abc为一棱镜的横截面，ab＝ac；一平行于bc边的细光束从ab边射入棱镜，在bc边反射后从ac边射出，出射光分成了不同颜色的两束，甲光的出射点在乙光的下方，如图所示。不考虑多次反射，下列说法正确的是(　　)
BC
A.在棱镜中甲光的临界角小于乙光的临界角
B.在棱镜中的传播速度，甲光比乙光的大
C.该棱镜对甲光的折射率大于对乙光的折射率
D.在棱镜内bc边反射时的入射角，甲光比乙光的大
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3.(2025·安徽阜阳高二期中)为了研究某种透明新材料的光学性质，将其压制成半圆柱形，横截面如图甲所示。一束激光由真空沿半圆柱体的径向射入，与过O点的法线成θ角。CD为光传感器，用以探测光的强度。从AB面反射回来的光的强度随θ角变化的情况如图乙所示。已知sin 53°＝0.8，该材料的折射率为(　　)
A
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4.如图所示，将塑料瓶下侧开一个小孔，瓶中灌入清水，水就从小孔流出。将激光水平射向塑料瓶小孔，观察到激光束沿水流方向发生了弯曲，光被完全限制在水流内。则下列说法正确的是(　　)
B
A.激光束发生弯曲是因为光在水柱与空气界面上发生折射
B.激光束发生弯曲是因为光在水柱与空气界面上发生全反射
C.仅改用折射率更大的液体，激光束不能完全被限制在液体流内
D.激光在水中的传播速度大于在空气中的传播速度
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5.完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮。在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球。如图所示，若气泡与水球同心，在过球心O的平面内，用单色平行光照射这一水球。下列说法正确的是(　　)
C
A.此单色光从空气进入水球，频率一定变大
B.此单色光从空气进入水球，频率一定变小
C.若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射
D.若光线2在N处发生全反射，光线1在M处一定发生全反射
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答案　10.6 m
解析　如图所示，由题意知C为临界角，
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7.(多选)(2023·湖南卷)一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，设激光光束与水面的夹角为α，如图所示。他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，下列说法正确的是(　　)
[能力提升练]
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8.(2023·湖北卷)如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为30°，OP边上的点光源S到顶点O的距离为d，垂直于OP边的光线SN在OQ边的折射角为45°。不考虑多次反射，OQ边上有光射出部分的长度为(　　)
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9.如图所示，一玻璃工件折射率为n，左侧是半径为R的半球体，右侧是长为8R、直径为2R的圆柱体，一细光束频率为f，沿半球体半径方向射入工件，最终这束光都能到达圆柱体的右端面，忽略光在圆柱体端面的反射，已知光在真空中的传播速度为c。求：
(1)光在玻璃工件中的波长；
(2)光在工件中传播的最长时间。
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[拓展培优练]
10.电子产品中常用到发光二极管，其中一种是由半径为R的半球体透明介质和发光管芯组成，管芯发光部分是一个圆心与半球体介质的球心O重合的圆面，如图所示，PQ为发光圆面的直径，圆弧ABC在半球体介质过球心O的纵截面上，B、D分别为圆弧ABC、BDC的中点。由PQ上的M点发出的一条光线MD经D点折射出去后与OB平行，已知θ＝75°。
(1)求半球体介质的折射率及光从该介质射入空气中的临界角；
(2)为使从发光圆面射向半球面上的所有光线都能直接射出，则管芯发光圆面的面积最大为多少？
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解析　(1)如图甲所示，由几何关系得光线射到D点的入射角、折射角分别为θ2＝30°、θ1＝45°。
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(2)作出光路图，如图乙所示。