第四章 3.光的全反射-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

3.光的全反射 【核心素养目标】 物理观念 知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念。 科学思维 理解光的全反射规律，会解答有关全反射的问题；理解临界角的概念、能判断是否发生全反射并能画出相应的光路图；了解光导纤维的原理。 科学探究 观察全反射现象。 科学态度与责任 通过了解全反射棱镜和光导纤维在生产、生活中的应用，激发科学探究的兴趣和爱好。 一、全反射现象 1．光疏介质和光密介质 (1)概念：两种介质比较，折射率较小的介质叫作光疏介质，折射率较大的介质叫作光密介质。 (2)光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小。 (3)相对性：光疏介质和光密介质是相对的。 2．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。 二、发生全反射的条件 1．临界角 我们把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)光从光密介质射入光疏介质。 (2)入射角大于等于临界角。 3．临界角与折射率的关系 (1)定量关系：光由介质射入空气(或真空)时，sin C＝。 (2)定性关系：介质折射率越大，发生全反射的临界角越小，越容易发生全反射。 三、全反射的应用——光导纤维 1．光导纤维对光的传导原理 利用了全反射原理。 2．光导纤维的构造 光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径从几微米到几十微米之间，由内芯和外层透明介质两层组成。内芯的折射率比外套的折射率大，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，沿着光纤传到另一端去。 4．光纤通信的主要优点 容量大、衰减小、抗干扰能力强、传输质量高。 1．判断正误 (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。(√) 学生用书↓第107页 (4)光密介质和光疏介质具有绝对性。(×) (5)光纤是一种透明的玻璃纤维，其内芯的折射率小于外套的折射率。(×) 2．链接实景 (1)炎热的夏天，在公路上有时能看到远处物体的倒影，这是一种什么现象？ (2)微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂，光纤为什么要由两层介质构成？ 提示：(1)是一种蜃景现象，是由光的全反射造成的。 (2)光纤的工作原理是全反射，要由两种介质配合才能产生全反射现象。 知识点一　全反射的理解 取一块半圆形玻璃砖，放到一个有角度刻度的圆盘上，使玻璃砖的圆心与圆盘的圆心重合，让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，在这个边与空气的界面上会发生反射和折射。逐渐增大入射角，观察并比较甲、乙、丙三图中反射光线和折射光线有什么变化？ 提示：(1)随着入射角增大，反射角、折射角都增大；反射光越来越强，折射光越来越弱。 (2)图丙中折射光线消失，反射光与入射光的亮度几乎相同，发生了全反射现象。 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。 注意：两个条件必须同时具备，才能发生全反射。 2．对光疏介质和光密介质的理解 光疏介质 光密介质 判断 折射率相对较小的介质 折射率相对较大的介质 传播速度 由n＝得v光密＜v光疏 折射特点 (1)光从光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角 (2)光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角 相对性 光疏介质、光密介质是相对的，某介质相对于甲介质是光疏介质，而相对于乙介质可能是光密介质。例如：酒精(n1＝1.36)相对于水晶(n2＝1.55)是光疏介质，而相对于水(n3＝1.33)是光密介质 注意：“光疏”与“光密”是从介质的光学特性来说的，与其密度大小无必然关系。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．全反射的规律 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。 4．全反射过程中能量的特点 当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大， 学生用书↓第108页 折射角也增大；同时折射光线强度减弱，即折射光线能量减小，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，反射光线的能量等于入射光线的能量。 如图所示，一条光线从空气垂直射到直角玻璃三棱镜的界面AB上，棱镜材料的折射率为，这条光线从BC边射出棱镜后的光线与界面BC的夹角为(　　) A．90° B．60° C．30° D．45° D　[光从空气经AB后方向不变，射到AC面，入射角为60°，由sin C＝＝，算出光从玻璃射向空气时，发生全反射时的临界角为：C＝45°，所以光在AC面