4.2全反射-2023-2024学年高二物理素养提升学案（人教版2019选择性必修第一册）

高中物理选择性必修一素养提升学案 第四章 光 4.2 全反射 【核心素养目标】 物理观念 1.了解光的全反射，知道光疏介质、光密介质、临界角等概念。 2.了解光导纤维的原理及应用。 科学思维 理解全反射的条件，能利用全反射规律解释相关问题。 科学探究 观察全反射现象，经历探究全反射规律的过程。 科学态度与责任 借助全反射棱镜和光导纤维在生产、生活中的应用，培养学生兴趣。 【知识点探究】 知识点一　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，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光的现象。 (2)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＝。 (3)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。 【特别提醒】　光从光密介质进入光疏介质只有入射角大于等于临界角时才会发生全反射。 知识点二　全反射棱镜和光导纤维 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：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。 【特别提醒】全反射棱镜可以使光线传播的方向改变90°。全反射棱镜和平面镜相比，反射时能量损失要小。 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。 (4)光纤通信的优点是传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强等。 【考点探究】 考点1　对全反射的理解 夏季的早晨，从某一方向看植物叶子上的露珠会格外明亮，玻璃中的气泡从侧面看也是特别明亮，这是什么道理呢？ 提示：光照射露珠或经玻璃照射气泡时，一部分光会发生全反射，有更多的光反射到人的眼睛中，人就会感觉特别明亮。 1．光疏介质和光密介质的分析： (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或光密介质。 (3)光疏、光密与密度的关系：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。 2．全反射现象 (1)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。 (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，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。 【典例1】　(2020·课标全国Ⅱ理综·34(2))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。 思路点拨：解题的关键是在第(1)问中找到光线在AB面的入射角i与在BC面的入射角θ之间的关系，并能以特殊角度作为中介快速判断θ与全反射临界角的关系。 [解析]　(1)如图所示，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°－θ　 ④ sin i＝nsin r　 ⑤ 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)会发生全反射，理由见解析 (2) 【方法归纳】 全反射问题的解题方法 解决全