4.3&4.4 光的全反射&光导纤维及其应用（word教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第一册（鲁科版）

第3节　光的全反射 第4节　光导纤维及其应用 学习目标 素养提炼 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，理解发生全反射的条件，能计算有关问题和解释相关现象。 3.了解全反射棱镜、光导纤维的工作原理和在生产、生活中的应用。 物理观念：光疏介质、光密介质、全反射、临界角 科学思维：全反射规律的分析 科学探究：观察全反射现象 科学态度与责任：全反射棱镜和光导纤维在生产、生活中的应用 授课提示：对应学生用书第71页 一、全反射及其产生条件 1．全反射 (1)全反射现象：光从光密介质射入光疏介质时，若入射角增大到一定程度时，折射光完全消失，全部光都被反射回光密介质内的现象。 (2)临界角：刚好发生全反射时的入射角。 (3)全反射临界角C与折射率n的关系：光由介质射入真空或空气时，sin C＝。 2．光密介质和光疏介质 (1)光疏介质：折射率较小的介质。 (2)光密介质：折射率较大的介质。 3．发生全反射的条件：光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于等于临界角。 [思考] 当光从水中射入玻璃的交界面时，只要入射角足够大就会发生全反射，这种说法正确吗？为什么？ 提示：不正确。要发生全反射光必须从光密介质射入光疏介质。而水相对玻璃是光疏介质，所以不管入射角多大都不可能发生全反射。 二、全反射现象 1．现象：水中的气泡，荒漠中的蜃景等。 2．全反射棱镜 (1)形状：截面为等腰直角三角形的棱镜。 (2)光学特性：当光垂直于截面的直角边射入棱镜时，光在截面的斜边上发生全反射；当光垂直于截面的斜边射入棱镜时，在两个直角边上各发生一次全反射。 (3)应用：用于潜望镜等。 [思考] 为什么水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮？ 提示：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，一部分光会发生全反射，相对于其他物体而言，有更多的光反射到人眼中，就好像光是由气泡发出的，因此人眼感觉气泡特别明亮。 三、光导纤维及其应用 1．光导纤维：把石英玻璃拉成直径几微米到几十微米的细丝，再包上折射率比它小的材料，就制成了光导纤维，简称光纤。 2．工作原理：利用了光的全反射。 3．应用：光纤通信。 [思考] 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，光纤为什么要由两层介质构成？ 提示：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象。 授课提示：对应学生用书第72页 要点一　对全反射的理解 　(1)如图所示，让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化。在入射角逐渐增大时，折射角的大小及反射光线和折射光线的亮度如何变化？ (2)若光由空气射入玻璃，当入射角增大时，是否能够发生全反射现象？ 提示：(1)逐渐增大入射角，会看到折射光线离法线越来越远，折射角逐渐增大，折射光线越来越弱，反射光线越来越强，当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。 (2)不能，光只有从折射率较大的介质射入折射率较小的介质时，才可能发生全反射现象。 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谁是光密介质。 2．全反射现象 (1)发生全反射的条件 ①光由光密介质射向光疏介质； ②入射角大于或等于临界角。 两者缺一不可。 (2)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，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用。 (3)从能量角度理解全反射：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，能量增大；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。 3．临界角 (1)定义：刚好发生全反射(即折射角为90°)时的入射角称为全反射的临界角，用C表示。 (2)表达式：光由折射率为n的介质射向真空或空气时，若刚好发生全反射，则折射角恰好等于90°，n＝。，即sin C＝ 　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60°入射角射入长方体时光线刚好不能从BC面射出，如图所示，则该材料的折射率是多少？ [解析]　如题图所示，根据折射定律得n＝① 由题意可知sin C＝② 而C＝90°－r③ 由②③得cos r＝④ 而cos r＝， 代入④得⑤＝ 联立①和⑤解得n＝。 [答案]　 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。 (2)入射角大于或等于临界角。 (3)利用好光路图中