第4章 第2节 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（人教版2019）

第2节　全反射 核心素养导学 物理观念 (1)理解光疏介质和光密介质的含义，知道全反射和临界角的概念。 (2)知道全反射棱镜和光导纤维及其应用。 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 认识全反射在全反射棱镜、光导纤维等方面的应用。 一、全反射 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：当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射，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，这时的入射角叫作临界角。 (2)发生全反射的条件 ①光线从光密介质射入光疏介质； ②入射角大于或等于临界角。 (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、全反射棱镜　光导纤维 1．全反射棱镜 (1)形状：截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜。 (2)光学特征 ①．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，光射出棱镜时，传播方向改变了90°。 ②．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，使光的传播方向改变了180°。 2．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，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)主要优点：传输容量大、能量损耗小、抗干扰能力强、保密性能好等。 ,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，内芯的折射率为n1，外套的折射率为n2。 (1)光线在内芯和外套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。 [典例体验] [典例]　用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率。实验中用A、B两个大头针确定入射光路，C、D两个大头针确定出射光路。O和O′分别是入射点和出射点，如图(a)所示。测得玻璃砖厚度为h＝15.0 mm；A到过O点的法线OM的距离AM＝10.0 mm，M到玻璃砖的距离MO＝20.0 mm，O′到OM的距离为s＝5.0 mm。 (1)求玻璃砖的折射率； (2)用另一块材料相同，但上下两表面不平行的玻璃砖继续实验，玻璃砖的界面如图(b)所示。光从上表面入射，入射角从0逐渐增大，达到45°时，玻璃砖下表面的出射光线恰好消失。求此玻璃砖上下表面的夹角。 [解析]　(1)从O点射入时，设入射角为α，折射角为β。根据题中所给数据可得：sin α＝＝ sin β＝＝ 再由折射定律可得玻璃砖的折射率：n＝＝。 (2)当入射角为45°时，设折射角为r，由折射定律： n＝ 可求得：r＝30° 再设此玻璃砖上下表面的夹角为θ，光路图如图所示： 而此时出射光线恰好消失，则说明发生全反射，有：sin C＝ 解得：C＝45° 由几何关系可知：θ＋30°＝C 即玻璃砖上下表面的夹角：θ＝15°。 [答案]　(1)　(2)15° /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