人教版（2019）高中物理 选择性必修第一册 第4章 第2节 全反射课件
文档属性
| 名称 | 人教版（2019）高中物理 选择性必修第一册 第4章 第2节 全反射课件 |  | |
| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 4.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-09-08 15:41:13 | ||
图片预览
文档简介
第2节 全反射
核心
素养
物理观念
科学思维
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，并能解决有关的问题。
3.知道全反射棱镜、光导纤维及其应用。
会解决有关全反射问题。
知识点一 全反射
[观图助学]
光照到两种介质界面处，发生了如图所示的现象。
(1)上面的介质与下面的介质哪个折射率大？
(2)改变光照到界面上时入射角的大小，是否还会发生上述现象？
答案 (1)下面的介质折射率大。(2)不一定。
1.光疏介质和光密介质
(1)定义：折射率______的介质称为光疏介质，折射率______的介质称为光密介质。
(2)对光疏介质和光密介质的理解
①光疏介质和光密介质是相对而言的。
②光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度____。
③光从光密介质进入光疏介质时，折射角______入射角；反之，光由光疏介质进入光密介质时，折射角______入射角。
④光疏和光密是相对介质的光学特性来说的，并不指它的密度大小。
较小
较大
小
大于
小于
2.全反射
(1)定义：当光从______介质射向______介质时，同时发生折射和反射。如果入射角逐渐增大，折射光离法线会越来越____，而且越来越____，反射光却越来越____。当入射角增大到某一角度，使折射角达到________时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫作全反射。这时的________叫作临界角。
(2)折射率与临界角的关系：sin C＝_____。
(3)发生全反射的条件
①光从光密介质射入______介质。
②入射角____________临界角。
光密
光疏
远
弱
强
90°
入射角
光疏
大于或等于
[思考判断]
(1)因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质。( )
(2)同一束光，在光密介质中的传播速度较大。( )
(3)发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线。( )
(4)光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象。( )
×
×
×
×
1.全反射棱镜
(1)全反射棱镜是截面为________________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，反射时失真小。
(3)全反射棱镜改变光路的两种常见情况。如图甲、乙所示。
知识点二 全反射棱镜和光导纤维
等腰直角三角形
2.光导纤维
(1)光导纤维对光的传导原理：利用了________原理。
(2)光导纤维构造
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________ (如图所示)。
(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
全反射
大
小
[思考判断]
(1)全反射棱镜可以使光线传播的方向改变90°。 ( )
(2)用任意一种材料制作的等腰直角三棱镜都是全反射棱镜。( )
(3)全反射棱镜和平面镜相比，反射时能量损失要小。( )
(4)光导纤维传递光信号是利用光的直线传播的原理。( )
√
√
×
×
仔细观察全反射现象演示实验，探究分析以下几个问题：
[观察探究]
核心要点
对全反射的理解
(1)光由玻璃射入空气，当入射角增大时，反射光线和折射光线的方向和强度如何变化？
(2)光由光密介质射入光疏介质时，一定发生全反射吗？
(3)根据问题(1)中的实验现象，发生全反射现象的条件是什么？折射光线和反射光线的能量怎样？
提示 (1)当入射角增大时，反射光线和折射光线与法线的夹角越来越大，反射光越来越强，折射光越来越弱。当折射角增大到90°时，若再增大入射角，折射光线会消失，只剩反射光线，反射光线的强度也不再发生变化。
(2)不一定。只有当入射角等于或大于临界角时才能发生全反射。
(3)要发生全反射，必须具备两个条件：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。发生全反射时，折射光线的强度减弱到零，反射光线的能量等于入射光的能量。
[探究归纳]
1.对光疏介质和光密介质的理解
(1)光疏介质和光密介质的比较
?
光的传播速度
折射率
光疏介质
大
小
光密介质
小
大
(2)相对性：光疏介质、光密介质是相对的。任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介质或光密介质。
(3)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。
2.全反射现象的理解
(1)全反射遵循的规律：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)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，反射光的能量等于入射光的能量。
[试题案例]
[例1] (多选)如图所示，一束平行光从真空射向一块半圆形的玻璃砖，下列说法中正确的是( )
A.只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖
B.只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖
C.通过圆心的光线将沿直线穿过不发生偏折
D.圆心两侧一定范围外的光线将在曲面发生全反射
解析 垂直射向界面的光线不偏折，因而光线沿直线平行射到半圆面上。其中通过圆心的光线将沿直线穿过玻璃砖，不发生偏折，入射角为零。由中心向外的光线，在半圆面上进入真空时的入射角逐渐增大并趋近90°角，且折射角一定大于入射角，所以一定会发生全反射，故B、C、D正确。
答案 BCD
方法凝炼
(1)光的反射和全反射均遵循光的反射定律，光路均是可逆的。
(2)光线射向两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射。入射角等于临界角时，折射角等于90°，实际上已经没有折射光线了。
[针对训练1] (多选)固定的半圆形玻璃砖的横截面如图所示，O点为圆心，OO′为直径MN的垂线。足够大的光屏PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN。由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射光线与OO′夹角θ较小时，光屏NQ区域出现两个光斑，逐渐增大θ角，当θ＝α时，光屏NQ区域A光的光斑消失，继续增大θ角，当θ＝β时，光屏NQ区域B光的光斑消失，则( )
答案 AD
核心要点
全反射的计算
[要点归纳]
[试题案例]
[例2] 在厚度为d、折射率为n的大玻璃板下表面，有一个半径为r的圆形发光面，为了从玻璃板的上方看不见这个圆形发光面，可在玻璃板的上表面贴一块圆形纸片，问所贴纸片的最小半径应为多大？
解析 根据题意，作出光路如图所示，图中S点为圆形发光面边缘上一点，由该点发出的光线能射出玻璃板的范围由临界光线SA确定，当入射角大于临界角C时，光线就不能射出玻璃板了。
方法凝炼 解答全反射问题的技巧
(1)解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件：一是光必须从光密介质射入光疏介质，二是入射角大于等于临界角。
(2)利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符。
解析 光线不射入空气中，则在AB面发生全反射，
得θ＝60°。
答案 60°
[针对训练2] (2019·江苏卷)如图所示，某L形透明材料的折射率n＝2。现沿AB方向切去一角，AB与水平方向的夹角为θ。为使水平方向的光线射到AB面时不会射入空气，求θ的最大值。
核心要点
全反射的实际应用
(1)横截面是等腰直角三角形的棱镜是全反射棱镜，它在光学仪器里，常用来代替平面镜，改变光的传播方向。
应用1 全反射棱镜
(2)光通过全反射棱镜时的几种方式。
入射方式
项目
方式一
方式二
方式三
光路图
入射面
AB
AC
AB
全反射面
AC
AB、BC
AC
光线方向变角度
90°
180°
0°(发生侧移)
[试题案例]
[例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( )
解析 四个选项的光路图如图：
可知选项B正确。
答案 B
答案 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
应用2 光导纤维
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1～100 μm，如图所示，它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率。
(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，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像。
[试题案例]
答案 (1)2.1×108 m/s (2)2.7×10－8 s
方法凝炼
(1)发生全反射的条件是光由光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角。
(2)光导纤维利用了光的全反射，所以内芯的折射率一定大于外套的折射率。
[针对训练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
解析 光导纤维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，故选项A正确，B、C、D错误。
答案 A
核心
素养
物理观念
科学思维
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，并能解决有关的问题。
3.知道全反射棱镜、光导纤维及其应用。
会解决有关全反射问题。
知识点一 全反射
[观图助学]
光照到两种介质界面处，发生了如图所示的现象。
(1)上面的介质与下面的介质哪个折射率大？
(2)改变光照到界面上时入射角的大小，是否还会发生上述现象？
答案 (1)下面的介质折射率大。(2)不一定。
1.光疏介质和光密介质
(1)定义：折射率______的介质称为光疏介质，折射率______的介质称为光密介质。
(2)对光疏介质和光密介质的理解
①光疏介质和光密介质是相对而言的。
②光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度____。
③光从光密介质进入光疏介质时，折射角______入射角；反之，光由光疏介质进入光密介质时，折射角______入射角。
④光疏和光密是相对介质的光学特性来说的，并不指它的密度大小。
较小
较大
小
大于
小于
2.全反射
(1)定义：当光从______介质射向______介质时，同时发生折射和反射。如果入射角逐渐增大，折射光离法线会越来越____，而且越来越____，反射光却越来越____。当入射角增大到某一角度，使折射角达到________时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫作全反射。这时的________叫作临界角。
(2)折射率与临界角的关系：sin C＝_____。
(3)发生全反射的条件
①光从光密介质射入______介质。
②入射角____________临界角。
光密
光疏
远
弱
强
90°
入射角
光疏
大于或等于
[思考判断]
(1)因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质。( )
(2)同一束光，在光密介质中的传播速度较大。( )
(3)发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线。( )
(4)光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象。( )
×
×
×
×
1.全反射棱镜
(1)全反射棱镜是截面为________________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，反射时失真小。
(3)全反射棱镜改变光路的两种常见情况。如图甲、乙所示。
知识点二 全反射棱镜和光导纤维
等腰直角三角形
2.光导纤维
(1)光导纤维对光的传导原理：利用了________原理。
(2)光导纤维构造
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________ (如图所示)。
(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
全反射
大
小
[思考判断]
(1)全反射棱镜可以使光线传播的方向改变90°。 ( )
(2)用任意一种材料制作的等腰直角三棱镜都是全反射棱镜。( )
(3)全反射棱镜和平面镜相比，反射时能量损失要小。( )
(4)光导纤维传递光信号是利用光的直线传播的原理。( )
√
√
×
×
仔细观察全反射现象演示实验，探究分析以下几个问题：
[观察探究]
核心要点
对全反射的理解
(1)光由玻璃射入空气，当入射角增大时，反射光线和折射光线的方向和强度如何变化？
(2)光由光密介质射入光疏介质时，一定发生全反射吗？
(3)根据问题(1)中的实验现象，发生全反射现象的条件是什么？折射光线和反射光线的能量怎样？
提示 (1)当入射角增大时，反射光线和折射光线与法线的夹角越来越大，反射光越来越强，折射光越来越弱。当折射角增大到90°时，若再增大入射角，折射光线会消失，只剩反射光线，反射光线的强度也不再发生变化。
(2)不一定。只有当入射角等于或大于临界角时才能发生全反射。
(3)要发生全反射，必须具备两个条件：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。发生全反射时，折射光线的强度减弱到零，反射光线的能量等于入射光的能量。
[探究归纳]
1.对光疏介质和光密介质的理解
(1)光疏介质和光密介质的比较
?
光的传播速度
折射率
光疏介质
大
小
光密介质
小
大
(2)相对性：光疏介质、光密介质是相对的。任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介质或光密介质。
(3)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。
2.全反射现象的理解
(1)全反射遵循的规律：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)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，反射光的能量等于入射光的能量。
[试题案例]
[例1] (多选)如图所示，一束平行光从真空射向一块半圆形的玻璃砖，下列说法中正确的是( )
A.只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖
B.只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖
C.通过圆心的光线将沿直线穿过不发生偏折
D.圆心两侧一定范围外的光线将在曲面发生全反射
解析 垂直射向界面的光线不偏折，因而光线沿直线平行射到半圆面上。其中通过圆心的光线将沿直线穿过玻璃砖，不发生偏折，入射角为零。由中心向外的光线，在半圆面上进入真空时的入射角逐渐增大并趋近90°角，且折射角一定大于入射角，所以一定会发生全反射，故B、C、D正确。
答案 BCD
方法凝炼
(1)光的反射和全反射均遵循光的反射定律，光路均是可逆的。
(2)光线射向两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射。入射角等于临界角时，折射角等于90°，实际上已经没有折射光线了。
[针对训练1] (多选)固定的半圆形玻璃砖的横截面如图所示，O点为圆心，OO′为直径MN的垂线。足够大的光屏PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN。由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射光线与OO′夹角θ较小时，光屏NQ区域出现两个光斑，逐渐增大θ角，当θ＝α时，光屏NQ区域A光的光斑消失，继续增大θ角，当θ＝β时，光屏NQ区域B光的光斑消失，则( )
答案 AD
核心要点
全反射的计算
[要点归纳]
[试题案例]
[例2] 在厚度为d、折射率为n的大玻璃板下表面，有一个半径为r的圆形发光面，为了从玻璃板的上方看不见这个圆形发光面，可在玻璃板的上表面贴一块圆形纸片，问所贴纸片的最小半径应为多大？
解析 根据题意，作出光路如图所示，图中S点为圆形发光面边缘上一点，由该点发出的光线能射出玻璃板的范围由临界光线SA确定，当入射角大于临界角C时，光线就不能射出玻璃板了。
方法凝炼 解答全反射问题的技巧
(1)解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件：一是光必须从光密介质射入光疏介质，二是入射角大于等于临界角。
(2)利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符。
解析 光线不射入空气中，则在AB面发生全反射，
得θ＝60°。
答案 60°
[针对训练2] (2019·江苏卷)如图所示，某L形透明材料的折射率n＝2。现沿AB方向切去一角，AB与水平方向的夹角为θ。为使水平方向的光线射到AB面时不会射入空气，求θ的最大值。
核心要点
全反射的实际应用
(1)横截面是等腰直角三角形的棱镜是全反射棱镜，它在光学仪器里，常用来代替平面镜，改变光的传播方向。
应用1 全反射棱镜
(2)光通过全反射棱镜时的几种方式。
入射方式
项目
方式一
方式二
方式三
光路图
入射面
AB
AC
AB
全反射面
AC
AB、BC
AC
光线方向变角度
90°
180°
0°(发生侧移)
[试题案例]
[例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( )
解析 四个选项的光路图如图：
可知选项B正确。
答案 B
答案 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
应用2 光导纤维
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1～100 μm，如图所示，它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率。
(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，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像。
[试题案例]
答案 (1)2.1×108 m/s (2)2.7×10－8 s
方法凝炼
(1)发生全反射的条件是光由光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角。
(2)光导纤维利用了光的全反射，所以内芯的折射率一定大于外套的折射率。
[针对训练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
解析 光导纤维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，故选项A正确，B、C、D错误。
答案 A