第4章 2.全反射-【精讲精练】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册人教版（教师用书）

2　全反射 [学业要求与核心素养] 物理观念 科学思维 1．知道什么是光疏介质和光密介质，理解它们具有相对性。 2．理解全反射现象，掌握临界角的概念和全反射的条件。 1．利用全反射条件，应用临界角公式解答相关问题。 2．了解全反射棱镜和光导纤维。 一、全反射 阅读教材，并回答： 1．光从空气射入玻璃时，折射角和入射角大小上存在怎样的关系？光从玻璃射入空气时，折射角和入射角大小上存在怎样的关系？ 请通过作图，大致画出对应的折射光线，反映折射角、入射角的大小关系。 答　略 2．观察教材图4.2­1演示实验 (1)当光沿半径垂直入射到平面时，此时入射角为0°，折射角为多少？ (2)当入射角增大少许时，会观察到微弱的反射光线和较强的折射光线，同时可观察到反射角和入射角，折射角和入射角大小有何关系？ (3)随着入射角逐渐增大，反射光线越来越强，而折射光线越来越弱；当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，会看到什么现象？若继续增大入射角，还会看到折射光线吗？ 答　(1)折射角0°，光沿直线传播　(2)等于　大于　(3)折射光线消失　只剩下反射光线　不会 3．要发生全反射现象，对入射光线、折射光线所在的介质有怎样的要求？ 答　入射光线所在的介质为光密介质 4．光从折射率为n的某种介质进入空气(真空)，当发生全反射时，入射角最小为多少？ 答　n＝＝，所以sin C＝。 [概念·规律] 1．光疏介质和光密介质 (1)折射率__较小__的介质称为光疏介质，折射率__较大__的介质称为光密介质。 (2)光疏介质与光密介质是__相对__的。 2．全反射 当光从__光密__介质射入__光疏__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远，而且越来越__弱__，反射光却越来越__强__。当入射角增大到某一角度，使折射角达到__90°__时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫作全反射。 3．临界角 (1)定义：折射角为90°时的__入射角__叫作临界角。 (2)临界角C与折射率n的关系：sin C＝　　。 4．发生全反射的条件 当光从__光密__介质射入__光疏__介质时，如果入射角__等于__或__大于__临界角，就会发生全反射现象。 二、全反射棱镜和光导纤维 1．全反射棱镜 截面为__等腰直角三角形__的棱镜为全反射棱镜。它比平面镜的反射率高，失真小。 2．光导纤维 (1)光导纤维对光的传导原理：利用了__全反射__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__大__，光传播时在内芯与外套的界面上发生__全反射__(如图所示)。 (3)光纤通讯的优点是容量__大__，衰减__小__，抗干扰性强等。 探究点一　全反射 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，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用。 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，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。 3．不同色光的临界角 不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越高的光的临界角越小，越易发生全反射。 　 直角棱镜的折射率n＝1.5，其横截面如图所示，图中∠C＝90°，∠A＝30°。截面内一细束与BC边平行的光线，从棱镜AB边上的D点射入，经折射后射到BC边上。 (1)光线在BC边上是否会发生全反射？说明理由； (2)不考虑多次反射，求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值。 [解析]　(1)如图，设光线在D点的入射角为i，折射角为r。折射光线射到BC边上的E点。设光线在E点的入射角为θ，由几何关系，有 θ＝90˚－(30˚－r)>60˚① 根据题给数据得 sin θ>sin 60˚>② 即θ大于全反射临界角，因此光线在E点发生全反射。 (2)设光线在AC边上的F点射出棱镜，光线的入射角为i′，折射角为r′，由几何关系、反射定律及折射定律，有 i＝30˚③ i′＝90˚－θ④ sin i＝nsin r⑤ nsin i′＝sin r′⑥ 联立①③④⑤⑥式并代入题给数据，得 sin r′＝⑦ 由几何关系，r′即AC边射出的光线与最初的入射光线的夹角。 [答案]　(1)见解析　(2) [变式1]　在例题中，直角三棱镜ABC，∠A等于30°，一束光线在纸面内垂直AB边射入棱镜。如图所示，发现光线刚好不能从BC面射出，而是最后从AC面射出。求： (1)透明物质的折射率n。 (2)光线从AC面射出时的折射角α的正弦值。 解析　(1)由题意可知，光线从AB边垂直射入，恰好在BC面发生全反射，光线最后从AC面射