第4章 2.全反射-【赢在微点】轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理选择性必修1（人教版2019）

2.全反射 学习目标 情境导入 1.理解光的全反射,会利用全反射解释有关现象。 2.理解临界角的概念,能判断是否发生全反射并能画出相应的光路图。 3.了解全反射棱镜和光导纤维。 　　 酷热的夏天,在平坦的柏油公路上你会看到在一定的距离之外,地面显得格外的明亮,仿佛是一片水面,似乎还能看到远处车、人的倒影。但当你靠近“水面”时,它也随你的靠近而后退。 　　同学们,你知道这是为什么吗?其实是我们这节课讲的全反射的缘故。 课前新知初探 知|识|梳|理 一、全反射 1.光疏介质和光密介质。 (1)光疏介质:折射率较小(填“大”或“小”)的介质。 (2)光密介质:折射率较大(填“大”或“小”)的介质。 (3)光疏介质与光密介质是相对(填“相对”或“绝对”)的。 2.全反射现象。 (1)全反射:光从光密介质射入光疏介质时,同时发生折射和反射。若入射角增大到某一角度,折射光完全消失,只剩下反射光的现象。 (2)全反射发生的条件。 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。 3.临界角:刚好发生全反射,即折射角等于90°时的入射角。用字母C表示,光从介质射入空气(真空)时,发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sin C=。 二、全反射的应用 1.全反射棱镜。 (1)形状:截面为等腰直角三角形的棱镜。 (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反射面不涂敷任何反光物质,反射时失真小 。  2.光导纤维。 (1)原理:利用了光的全反射 。  (2)构造: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。 (3)光纤通信的优点是容量大、衰减小、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。 预|习|自|检 1.判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”) (1)入射角大于临界角就会发生全反射现象。 (×) (2)密度大的介质就是光密介质。 (×) (3)两种介质相比较,折射率大的介质是光密介质。 (√) (4)全反射棱镜和平面镜都是根据全反射原理。　 (×) (5)光在光导纤维中的传播速度小于光在真空中的光速c。 (√) 2.一束光从某介质进入真空,方向如图所示,则该介质的折射率为　　　　;逐渐增大入射角,光线将　　　　(填“能”或“不能”)发生全反射;若使光发生全反射,应使光从　　　　射入　　　　,且入射角大于等于　　　　。  解析　上方为介质,下面为真空,根据折射定律可得n==,临界角为sin C==,求得C=45°。 答案　　能　介质　真空　45° 课堂合作探究 　 探究一　全反射 1.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(n=1.55)对玻璃(n=1.5)是光密介质,而对金刚石(n=2.42)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。 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。 光在两种介质中传播时,由折射定律可知: n1sin θ1=n2sin θ2,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。 2.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,仍然遵守反射定律,有关计算仍依据反射定律进行。 【例1】　如图所示,三棱镜的横截面为直角三角形ABC,∠A=30°,∠B=60°。一束平行于AC边的光线自AB边的P点射入三棱镜,在AC边发生反射后从BC边的M点射出,若光线在P点的入射角和在M点的折射角相等。 (1)求三棱镜的折射率; (2)在三棱镜的AC边是否有光线透出?写出分析过程。(不考虑多次反射) 解析　(1)光路如图所示,图中N点为光线在AC边发生反射的入射点。设光线在P点的入射角为i、折射角为r,在M点的入射角为r'、折射角依题意得也为i,且i=60°,① 由折射定律得 sin i=nsin r,② nsin r'=sin i,③ 由②③式得r=r',④ OO'为过M点的法线,∠C为直角,OO'∥AC。由几何关系知∠MNC=r',⑤ 由反射定律可知∠PNA=∠MNC,⑥ 由④⑤⑥式得∠PNA=r,⑦ 由几何关系得r