第四章 第二节 全反射-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

第二节 全反射 课标要求 核心素养 1．知道光的全反射现象及其产生的条件。 2．初步了解光纤的工作原理、光纤技术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 　高效导学第一步　预习新知，落实必备知识 一、全反射 1．光疏介质和光密介质 (1)光疏介质：折射率较小的介质称为光疏介质。 (2)光密介质：折射率较大的介质称为光密介质。 2．全反射 逐渐增大入射角，观察反射光线与折射光线的变化。 (1)全反射和临界角 当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射。如果入射角逐渐增大，折射光离法线会越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强。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)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)时，sin C＝。 二、全反射棱镜 1．形状：截面为等腰直角三角形。 2．对光路的控制 三、光导纤维 1．导光的原理 当光在有机玻棒内传播时，如果从有机玻璃射向空气的入射角大于临界角，光会发生全反射，于是光在有机玻棒内沿着锯齿形路线传播。 2．组成：内芯和外套。 3．主要优点：传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强等。 【概念辨析·试身手】 (1)两种介质相比较，折射率大的介质是光密介质。(√) (2)一种介质不是光疏介质就是光密介质。(×) (3)光由光疏介质射入光密介质后速度减小。(√) (4)光由光疏介质射入光密介质时才能发生全反射。(×) (5)临界角与折射率成反比。(×) 　高效导学第二步　课堂探究，培优关键能力 要点一 | 全反射 【要点培优】 1．对光疏介质和光密介质的理解 (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)光疏介质、光密介质与介质密度的关系 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)介质的折射率和传播速度 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。 [思考·探究] 如图所示，光纤内芯的折射率为n1，外套的折射率为n2，n1与n2大小关系如何？ 提示：n1>n2 【应用培优】 [例1] (2022·全国高考真题)如图，边长为a的正方形ABCD为一棱镜的横截面，M为AB边的中点。在截面所在的平面，一光线自M点射入棱镜，入射角为60°，经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，反射光线从CD边的P点射出棱镜，求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离。 解析：设折射角为θ，光线在M点发生折射有sin 60°＝n sin θ 由题知，光线经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，则sin C＝，C＝90°－θ 联立有tan θ＝，n＝ 根据几何关系有tan θ＝＝ 解得NC＝a－BN＝a－ 再由tan θ＝ 解得PC＝a。 答案：　a [训练]1.如图所示，一个立方体玻璃砖的边长为a，折射率n＝1.5，立方体中心有一个小气泡。为使从立方体外面各个方向都看不到小气泡，可在每个面上都贴一张纸片，则每张纸片的最小面积为(　　 ) A． B． C． D． 解析：选B。为使从立方体外面各个方向都看不到小气泡，则恰好达到全反射条件，由sin C＝＝，解得tan C＝，又由几何关系知tan C＝、S＝πr2，解得S＝，故选B。 2．(2022·广东高考真题)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