第4章 第3节 光的全反射（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

第3节　光的全反射 核心素养导学 物理观念 (1)光疏介质和光密介质，全反射和临界角。 (2)光导纤维。 科学思维 学会判断是否发生全反射的方法，并能画出光路图分析和计算相关问题。 科学态度与责任 认识全反射生产的科学技术等方面的应用。 一、全反射现象　发生全反射的条件 1．光疏介质和光密介质：对于折射率不同的两种介质，我们把折射率较小的称为光疏介质，折射率较大的称为光密介质。光疏介质和光密介质是相对的。 2．全反射 (1)定义：光从光密介质射到光疏介质的界面时，全部被反射回原介质中传播的现象叫作全反射。 (2)发生全反射的条件 ①光线从光密介质射入光疏介质； ②入射角必须等于或大于临界角。 (3)临界角C和折射率n的关系式：sin C＝。 (1)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，越容易发生全反射。 (2)相对于相同两种介质的界面，紫光的临界角最小、红光的临界角最大。　　 二、全反射的应用——光导纤维 1．原理：利用了光的全反射。 2．构造：光导纤维是非常细的特制玻璃丝，分内外两层。内层玻璃的折射率比外层玻璃的大，光传播时在两层玻璃的界面上发生全反射。 3．主要优点：容量大、衰减小、抗干扰能力强、传输质量高等。,1.图甲中荷叶上晶莹透亮的小水珠、图乙中水里的小气泡、图丙中玻璃玩具里的小气泡看上去格外明亮，这种现象属于光的全反射现象，试判断甲、乙、丙三图中光疏介质和光密介质。 图例 光疏介质 光密介质 甲 空气 水 乙 气泡中的空气 水 丙 气泡中的空气 玻璃 2．如图，内层玻璃的折射率为n1，外层玻璃的折射率为n2。 (1)光线在内层玻璃和外层玻璃的界面上发生了什么现象？ (2)n1和n2的大小存在什么关系？ 提示：(1)发生了光的全反射现象。 (2)n1＞n2。 新知学习(一)|对全反射现象的理解 [任务驱动] 如图，让一束光沿着半圆形玻璃砖的半径射向玻璃砖，在底面上光发生反射和折射，逐渐增大入射角，为什么折射光线消失，只有反射光线？ 提示：因为入射角大于或等于临界角，发生了全反射现象。　　　　 [重点释解] 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或光密介质。 (3)光疏和光密是从介质的光学特性来说的，与它的密度大小无关。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入射角等于或大于临界角。 (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。 [典例体验] [典例]　(2022·广东高考)一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体上方是空气，其截面如图所示。一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动，它所发出的光束始终指向圆心O点。当光束与竖直方向成45°角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束。已知光在空气中的传播速度为c，求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v。 [解析]　当光束与竖直方向成45°角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束，说明光恰好发生全反射，其临界角为C＝45° 由sin C＝，解得n＝ 该激光在液体中的传播速度v＝＝c。 [答案]　　c /方法技巧/ 解决全反射问题的思路 (1)确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质。 (2)若由光密介质进入光疏介质时，则根据sin C＝确定临界角，看是否发生全反射。 (3)根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”。 (4)运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理，进行动态分析或定量计算。　　　 [针对训练] 1．光线由某种介质射向与空气的分界面，当入射角大于45°时折射光线消失，由此可断定这种介质的折射率是(　 ) A．n＝ B．n＝ C．n＝ D．n＝2 解析：选B　入射角大于45°时折射光线消失，即这种介质的临界角C＝45°，所以n＝＝，故B正确。 2．(2022·辽宁高考)完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮。2021年12月，在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球。如图所示，若气泡与水球同心，在过球心O的平面内，用单色平行光照射这一水球。下列说法正确的是(　 ) A．此单色光从空气进入水球，频率一定变大 B．此单色光从空气进入水球，频率一定变小 C．若光线1在M处发生全反射，光线