4.2全反射 —2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第一册学案word版含答案

第2节　全反射
【学习目标】
1．知道光密介质和光疏介质的概念，认识光的全反射现象。
2．知道全反射棱镜及其应用。
3．初步了解光导纤维的工作原理及光纤技术对社会经济生活的重大影响。
【问题导入】
水中的气泡看上去特别明亮，这是为什么呢？
【知识梳理】
一、光疏介质与光密介质
1．光疏介质：折射率较小的介质，光在光疏介质中传播速度相对较大。
2．光密介质：折射率较大的介质，光在光密介质中传播速度相对较小。
3．折射特点：光从光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角；光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角。
▲说明：光疏介质与光密介质不是指它们的密度大小，而是从介质的光学特性定义。例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介质．
二、全反射
1．定义：光从光密介质射入光疏介质时，若入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象。
2．临界角：刚发生全反射，即折射角等于90°时的入射角，用字母C表示。
3．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。
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＝。
三、全反射的应用
1．全反射棱镜：截面为等腰直角三角形的棱镜，当光垂直射入玻璃时，光线不发生偏折，但在玻璃内部，光射向玻璃与空气的界面时，入射角大于临界角，发生全反射。这种棱镜在光学仪器中可用来改变光的方向，如双筒望远镜中的全反射棱镜等。
2．光导纤维：由折射率较大的内芯和折射率较小的外套组成，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。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。
【考点研析】
任务一：全反射的理解
[例1] (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1] (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
任务二：全反射的应用
[例2]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2]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．
【答案提示】
[例1] 答案：BDE
[变式1] 答案：BC
[例2] 答案：
[变式2] 答案：大　外套