（新教材）20版物理人教版高二上选择性必修第一册学案：主题3 2　全反射.pdf

2 全反射全反射 学学 习习 目目 标标知知 识识 脉脉 络络 1 理解光的全反射理解光的全反射 会会 利用全反射解释有关现利用全反射解释有关现 象 象 2 理解临界角的概念理解临界角的概念 能判断是否发生全反射并能判断是否发生全反射并 能画出相应的光路能画出相应的光路 图 图 重点重点 3 了解全反射棱镜和光了解全反射棱镜和光 导纤维 导纤维 知识点一知识点一 全反射全反射 先先填填空 空 1 光密介质和光疏介质光密介质和光疏介质 光疏介质光疏介质光密介质光密介质 定义定义折射率折射率较小较小的介质的介质折射率折射率较大较大的介质的介质 传播速度传播速度光在光在光密光密介质中的传播速度比在介质中的传播速度比在光疏光疏介质中的传播速度小介质中的传播速度小 折射特点折射特点 光从光从光疏光疏介质射入介质射入光密光密介质时 折射角小于入射角介质时 折射角小于入射角 光从光从光密光密介质射入介质射入光疏光疏介质时 折射角大于入射角介质时 折射角大于入射角 2 全反射及发生条件全反射及发生条件 1 全反射及临界角的概念全反射及临界角的概念 全反射 光从光密介质射入光疏介质时 若入射角增大到某一角度 全反射 光从光密介质射入光疏介质时 若入射角增大到某一角度 折射折射 光线就会消失 只剩下光线就会消失 只剩下反射反射光线的现象 光线的现象 临界角 刚好发生全反射 即折射角等于临界角 刚好发生全反射 即折射角等于 90 时的时的入射角入射角 用字母 用字母 C 表表 示 示 2 全反射的条件全反射的条件 要发生全反射 必须同时具备两个条件 要发生全反射 必须同时具备两个条件 光从光从光密光密介质射入介质射入光疏光疏介质 介质 入射角入射角等于或大于等于或大于临界角 临界角 3 临界角与折射率的关系临界角与折射率的关系 光由介质射入空气光由介质射入空气 或真空或真空 时 时 sin C 公式公式 1 n 再再判判断 断 1 密度大的介质就是光密介质 密度大的介质就是光密介质 2 两种介质相比较 折射率大的介质是光密介质 两种介质相比较 折射率大的介质是光密介质 3 光密介质和光疏介质具有绝对性 光密介质和光疏介质具有绝对性 后后思思考 考 1 只有一种介质能否确定它是光密介质还是光疏介质 只有一种介质能否确定它是光密介质还是光疏介质 提示提示 不能 光密介质 光疏介质是对确定的两种介质相比较折射率而不能 光密介质 光疏介质是对确定的两种介质相比较折射率而 确定的确定的 只有一种介质是无法比较折射率的只有一种介质是无法比较折射率的 从而无法确定它是光疏介质还是光从而无法确定它是光疏介质还是光 密介质 密介质 2 为什么水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮 为什么水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮 提示提示 水或玻璃中的气泡是光疏介质水或玻璃中的气泡是光疏介质 光经过水或玻璃照射气泡时光经过水或玻璃照射气泡时 一一 部分光会发生全反射部分光会发生全反射 相对于其他物体而言相对于其他物体而言 有更多的光反射到人眼中有更多的光反射到人眼中 就好像就好像 光是由气泡发出的光是由气泡发出的 因此人眼感觉气泡特别明亮 因此人眼感觉气泡特别明亮 核核心心点 点击 击 1 对光疏介质和光密介质的理解对光疏介质和光密介质的理解 光疏介质和光密介质是相对而言的 并没有绝对的意义 例如 水晶光疏介质和光密介质是相对而言的 并没有绝对的意义 例如 水晶 n 1 55 对玻璃对玻璃 n 1 5 是光密介质 而对金刚石是光密介质 而对金刚石 n 2 42 来说 就是光疏介来说 就是光疏介 质 同一种介质到底是光疏介质还是光密介质 不是绝对的 质 同一种介质到底是光疏介质还是光密介质 不是绝对的 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 的密度比水小 但酒精和水相比酒精是光密介质 由由 v 可知 光在光密介质中传播速度比在光疏介质中要小 可知 光在光密介质中传播速度比在光疏介质中要小 c n 光在两种介质中传播时 由折射定律可知 光在两种介质中传播时 由折射定律可知 n1sin 1 n2sin 2 n1v1 n2v2 由此可知 当光从光密介质传播到光疏介质时 折射角大于入射角 当光从由此可知 当光从光密介质传播到光疏介质时 折射角大于入射角 当光从 光疏介质传播到光密介质时 折射角小于入射角 光在光疏介质中传播的速度大光疏介质传播到光密介质时 折射角小于入射角 光在光疏介质中传播的速度大 于光在光密介质中传播的速度 于光在光密介质中传播的速度 2 对全反射的理解对全反射的理解 1 全反射是光的折射的特殊现象 全反射现象还可以从能量变化角度加以理全反射是光的折射的特殊现象 全反射现象还可以从能量变化角度加以理 解 当光从光密介质射入光疏介质 在入射角逐渐增大的过程中 反射光的能量解 当光从光密介质射入光疏介质 在入射角逐渐增大的过程中 反射光的能量 逐渐增强 折射光的能量逐渐减弱 当入射角等于临界角时 折射光的能量已经逐渐增强 折射光的能量逐渐减弱 当入射角等于临界角时 折射光的能量已经 减弱为零 发生了全反射 减弱为零 发生了全反射 2 全反射遵循的规律 光从光密介质进入光疏介质发生全反射时 仍然遵守全反射遵循的规律 光从光密介质进入光疏介质发生全反射时 仍然遵守 反射定律 有关计算仍依据反射定律进行 反射定律 有关计算仍依据反射定律进行 1 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 确的是确的是 玻璃的折射率为玻璃的折射率为 1 5 解析 解析 答案 答案 BDE 2 已知水 水晶 玻璃和二硫化碳的折射率分别为 已知水 水晶 玻璃和二硫化碳的折射率分别为 1 33 1 55 1 60 和和 1 63 如果光按以下几种方式传播 可能发生全反射的是 如果光按以下几种方式传播 可能发生全反射的是 A 从玻璃射入水晶 从玻璃射入水晶 B 从水射入二硫化碳 从水射入二硫化碳 C 从玻璃射入水中 从玻璃射入水中 D 从水晶射入水 从水晶射入水 E 从玻璃射入二硫化碳 从玻璃射入二硫化碳 解析 解析 发生全反射的条件之一是光从光密介质射入光疏介质发生全反射的条件之一是光从光密介质射入光疏介质 光密介质折射光密介质折射 率较大率较大 故故 A C D 正确 正确 答案 答案 ACD 3 为了测定某种材料制成的长方体的折射率 用一束光线从 为了测定某种材料制成的长方体的折射率 用一束光线从 AB 面以面以 60 入射角射入长方体时光线刚好不能从入射角射入长方体时光线刚好不能从 BC 面射出 如图所示 该材料的折射率是面射出 如图所示 该材料的折射率是 多少 多少 解析 解析 如题图所示如题图所示 根据折射定律 根据折射定律 n sin 60 sin r 由题意可知由题意可知 sin C 1 n 而而 C 90 r 由由 得得 cos r 1 n 而而 cos r 1 sin2r 代入代入 得得 1 sin2r 1 n 联立联立 和和 解得解得 n 7 2 答案 答案 7 2 解答全反射类问题的技巧解答全反射类问题的技巧 1 光必须从光密介质射入光疏介质 光必须从光密介质射入光疏介质 2 入射角大于或等于临界角 入射角大于或等于临界角 3 利用好光路图中的临界光线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准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解 题的关键题的关键 且在作光路图时尽量与实际相符且在作光路图时尽量与实际相符 这样更有利于问题的分析 这样更有利于问题的分析 知识点二知识点二 全反射的应用全反射的应用 先先填填空 空 1 全反射棱镜 全反射棱镜 截面为等腰直角三角形的棱镜 利用全反射截面为等腰直角三角形的棱镜 利用全反射改变光的方改变光的方 向向 2 光导纤维 光导纤维 由折射率由折射率较大较大的内芯和折射率的内芯和折射率较小较小的外套组成 光传播时在的外套组成 光传播时在 内芯与外套的界面上发生内芯与外套的界面上发生全反射全反射 再再判判断 断 1 光从密度大的介质射入密度小的介质时一定能发生全反射 光从密度大的介质射入密度小的介质时一定能发生全反射 2 全反射棱镜和平面镜都是根据全反射原理 全反射棱镜和平面镜都是根据全反射原理 3 光纤通信的主要优点是容量大 光纤通信的主要优点是容量大 后后思思考 考 微细的光纤封装在塑料护套中 使得它能够弯曲而不至于断裂 光纤为什么微细的光纤封装在塑料护套中 使得它能够弯曲而不至于断裂 光纤为什么 要由两层介质构成 要由两层介质构成 提示提示 光纤的工作原理是全反射光纤的工作原理是全反射 要由两种介质配合才能产生全反射现要由两种介质配合才能产生全反射现 象 象 核核心心点 点击 击 1 对全反射棱镜光学特性的两点说明对全反射棱镜光学特性的两点说明 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 比 它的反射率很高 2 反射时失真小 两种反射情况如图甲 乙所示 反射时失真小 两种反射情况如图甲 乙所示 2 光导纤维的结构与应用光导纤维的结构与应用 实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝 直径只有几微米到一百微米之间 实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝 直径只有几微米到一百微米之间 由内芯和外套两层组成 内芯的折射率比外套的大 光传播时在内芯与外套的界由内芯和外套两层组成 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 使反射光的能量最强 实现远距离传送 因此 光信号能携带面上发生全反射 使反射光的能量最强 实现远距离传送 因此 光信号能携带 着声音 图象以及各种数字信号沿着光纤传输到很远的地方 实现光纤通信 其着声音 图象以及各种数字信号沿着光纤传输到很远的地方 实现光纤通信 其 主要优点是容量大 衰减小 抗干扰性强等 主要优点是容量大 衰减小 抗干扰性强等 医学上用光导纤维制成内窥镜 用来检查人体的胃 肠等器官内部 如图所医学上用光导纤维制成内窥镜 用来检查人体的胃 肠等器官内部 如图所 示 示 4 空气中两条光线 空气中两条光线 a 和和 b 从方框左侧入射 分别从方框下方和上方射出 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为其框外光线如图所示 方框内有两个折射率为 n 1 5 的全反射玻璃棱镜 在框内的全反射玻璃棱镜 在框内 画出两个棱镜的放置方式并作出光路图 画出两个棱镜的放置方式并作出光路图 答案 答案 5 华裔科学家高锟被誉为 华裔科学家高锟被誉为 光纤通讯之父光纤通讯之父 光纤通讯中信号传播的主要载 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播 内芯的折射率比外套的 光传播时在内芯与 光传播时在内芯与 的界面上发生的界面上发生 全反射 全反射 解析 解析 光纤内芯比外套折射率大光纤内芯比外套折射率大 在内芯与外套的界面上发生全反射 在内芯与外套的界面上发生全反射 答案 答案 大大 外套外套 6 如图所示 一根长为 如图所示 一根长为 L 的直光导纤维 它的折射率为的直光导纤维 它的折射率为 n 光从它的一个端光从它的一个端 面射入 从另一端面射出所需的最长时间为多少 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设光在真空中的光速为 c 解析 解析 该题考查光导纤维的全反射及光速问题 由题中的已知条件可知该题考查光导纤维的全反射及光速问题 由题中的已知条件可知 要要 使光线从光导纤维的一端射入使光线从光导纤维的一端射入 然后从它的另一端全部射出然后从它的另一端。