第四章 第3节 光的全反射-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册同步核心辅导与测评（教科版）

第3节　光的全反射 1．认识光的全反射现象，知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念。 2．理解发生全反射的条件，能计算有关问题和解释相关现象。 3．知道全反射棱镜及其应用。 4．了解光导纤维的工作原理及其在生产、生活中的应用。 1．物理观念：了解光的全反射，能对简单的实际问题进行解释。 2．科学思维：能够运用数学知识进行光路分析，得出结论。 3．科学态度与责任：有学习光纤技术的内在动机。　　　　　　　　　　　　　　　　 　全反射现象 1．全反射：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．遵循规律：反射定律。 　发生全反射的条件 1．临界角：光从某种介质射向真空或空气、折射角为90°时的入射角，称为这种介质的临界角。 2．发生全反射的条件 (1)光从光密介质射至光疏介质的界面上。 (2)入射角大于或等于临界角。 3．折射率n与临界角C的关系 (1)定性关系：介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小，越容易发生全反射。 (2)定量关系：光从介质射入空气(真空)且刚好发生全反射时，sin_C＝。 　全反射的应用——光导纤维 1．原理：光纤由两种折射率不同的玻璃制成，分内外两层。内层玻璃的折射率比外层玻璃的折射率大。当光从一端进入光纤时，将会在两层玻璃的界面上发生全反射，通过一系列的全反射，光就能沿着弯弯曲曲的光纤，从一端传到另一端去。 2．主要优点：容量大、衰减小、抗干扰能力强、传输质量高等优点。 [课前小练] 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)水一定是光密介质。(×) (2)两种介质相比，光在光密介质中的速度一定较小。(√) (3)光由光疏介质射入光密介质时才能发生全反射。(×) (4)临界角与折射率成反比。(×) 2．光线在玻璃和空气的分界面上发生全反射的条件是(　　) A．光从玻璃射到分界面上，入射角足够小 B．光从玻璃射到分界面上，入射角足够大 C．光从空气射到分界面上，入射角足够小 D．光从空气射到分界面上，入射角足够大 解析：B　根据全反射发生的条件，可知答案选B。 3．医院给病人做肠镜、胃镜、喉镜等检查时都要用到内窥镜，内窥镜应用到了光的(　　) A．直线传播　　　　 B．折射 C．色散 D．全反射 解析：D　内窥镜利用光导纤维传输信号，应用到了光的全反射现象，故A、B、C错误，D正确。 　全反射现象 [思考探究] 想一想：水中的气泡看上去特别明亮，这是为什么呢？ 提示：因为光从水射向气泡时，在气泡表面发生了全反射现象，大量的反射光进入观察者的眼中，看起来就显得特别明亮。 [思维深化] 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，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用，入射光与反射光遵循光的反射定律。 3．临界角 (1)折射角等于90°时的入射角。 (2)若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，则sin C＝。 (3)介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。 　如图为一半径为R的透明半球体过球心O的横截面，横截面上P点到直径MN间的垂直距离为d＝R。一细光束沿PO方向从P点入射，经过面MON恰好发生全反射。若此光束沿平行于MN方向从P点入射，从圆上Q点射出，光在真空中的传播速度为c，求： (1)透明半球体的折射率n； (2)沿MN方向从P点入射的光在透明半球体中的传播时间t。 【解析】　(1)设透明半球体的临界角为C，光路如图甲所示： 则由几何关系有 sin(90°－C)＝， 又有sin C＝， 解得C＝45°，n＝。 　甲 (2)如图乙所示光在P点的入射角i＝90°－θ＝45°， 设对应的折射角为r，则＝n， 解得r＝30°。 光在透明半球体中的传播距离L＝2Rcos r， 乙 光在透明半球体中的传播时间t＝， 光在透明半球体中的传播速度n＝， 联立解得t＝。 【答案】　(1)　(2) [针对训练] 1．已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为1.33、1.55、1.60和1.63，如果光按下面几种方式传播，可能发生全反射的是(　　) A．从水晶射入玻璃 B．从水射入二硫化碳 C．从玻璃射入水中 D．从水射入水晶 解析：C　光从水晶射入玻璃，是从光疏介质射入光密介质，不可能发生全反射，故选项A错误；光从水射入二硫化碳，是从光疏介质射入光密介质，不可能发生全反射，故选项B错误；光从玻璃射入水中，是光从光密介质射入光疏介质，有可能发生全反射，故选项C正确；光从水射入水晶，是从光疏介质射入光密介质，不