第四章 第2节 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（人教版）

第2节　全反射 [学习目标要求]　1.知道光的全反射现象及其产生条件，知道光疏介质、光密介质、临界角的概念。2.能解释全反射现象，解决全反射相关问题。3.了解全反射棱镜及其应用。4.初步了解光纤的工作原理及光纤在生产、生活中的应用。 　全反射 1．光密介质和光疏介质 光疏介质 光密介质 定义 折射率较小的介质 折射率较大的介质 折射 特点 光从光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角 光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角 2.全反射 (1)全反射现象：光从光密介质射入光疏介质时，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。 (3)全反射临界角C与介质折射率n的关系：光从介质射入空气(真空)时，sin C＝。 [判一判] (1)光从空气射入水中时可能发生全反射现象。(×) (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)光密介质和光疏介质具有绝对性。(×) 　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棱镜。 (2)光学特性：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；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。 2．光导纤维及其应用 (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层的界面上发生全反射。 (3)光导纤维的应用——光纤通信 光纤通信就是把载有声音、图像和各种数字信号的激光从光纤的一端输入就可以传到千里以外的另一端。 (4)主要优点：传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强。 [判一判] (1)光纤通信的主要优点是容量大。(√) (2)鱼缸中上升的气泡亮晶晶的，是由于光射到气泡上发生了全反射。(√) (3)光纤一般由折射率小的玻璃内芯和折射率大的外层透明介质组成。(×) (4)全反射棱镜可以使光线传播的方向改变180°。(√) 学习任务一　全反射的理解 [导学探究] 如图所示，让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它与空气接触的平直的边上。逐渐增大入射角，出现了如图所示的现象。 (1)增大入射角的过程中会发生什么现象？发生这种现象的条件是什么？ (2)以上玻璃和空气两种介质，哪一种是光疏介质？哪一种是光密介质呢？ (3)若光由空气射入玻璃，当入射角增大时，是否能够发生全反射现象？ 提示：(1)会发生全反射现象。当光从光密介质射入光疏介质且入射角大于临界角时发生全反射现象。 (2)玻璃相对于空气是光密介质；空气相对于玻璃是光疏介质。 (3)不能，光只能从折射率较大的介质射入折射率较小的介质时，才能发生全反射现象。 [思维深化] 1．光疏介质和光密介质三注意 (1)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。 (2)介质密度：光疏介质与光密介质是从光学特性来说的，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。 (3)传播速度：光疏介质的折射率小，在介质中传播的速度大；光密介质的折射率大，在介质中传播的速度小。 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．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。 　如图所示，半圆形透明介质的横截面，其半径为R。一束光从半圆形透明介质的左边缘以入射角60°射入透明介质，光束在半圆形透明介质的弧形面发生两次反射后刚好从半圆形透明介质的另一边缘射出。已知光在真空中传播的速度为c。求： (1)半圆形透明介质的折射率； (2)光线在半圆形透明介质中传播的时间； (3)半圆形透明介质的全反射临界角。 解析：(1)由题图中几何关系可知，光束折射角r＝30°，由折射定律得，玻璃砖的折射率 n＝＝。 (2)光线在半圆形透明介质中传播的速度 v＝＝ 光线在半圆形透明介质中传播的距离L＝3R 光线在半圆形透明介质中传播的时间 t＝＝。 (3)由sin C＝得C＝arcsin 。 答案：(1)　(2)　(3)arcsin 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，