第四章 第3节 光的全反射（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

第3节　光的全反射 课程内容要求 核心素养提炼 1.知道全反射现象及发生全反射的条件． 2．知道光导纤维的原理和用途． 3．会应用光的全反射解决相关问题． 1.物理观念：全反射，临界角． 2．科学思维：应用光的全反射分析物理问题． 3．科学探究：探究光的全反射． 4．科学态度与责任：了解全反射在光导纤维方面的应用和实际意义． 1．光疏介质和光密介质 光疏介质 光密介质 介质的折射率 较小 较大 同一种光在介质中的传播速度 较大 较小 说明 (1)光由光疏介质射入光密介质时， 折射角小于入射角 (2)光疏介质和光密介质是相对的，与比较的两种介质有关 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． 1．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，用字母C表示． (2)要发生全反射，必须同时具备两个条件： ①光从光密介质射入光疏介质的界面． ②入射角等于或大于临界角． 2．临界角与折射率的关系 光从折射率为n的介质射向空气(或真空)时，通过sin_C＝(填公式)可求得该介质的临界角C. [思考] (1)相对于水晶(n＝1.54)和空气(n＝1.00)，水(n＝1.33)是光密介质还是光疏介质？ 提示　光密介质和光疏介质是相对的，水与折射率大的介质(水晶)比是光疏介质；水与折射率小的介质(空气)比是光密介质． (2)为什么水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮？ 提示　水或玻璃中的气泡相对于水或玻璃是光疏介质，光经过水或玻璃照射气泡时，一部分光在界面会发生全反射，相对于其他物体而言，有更多的光从气泡处反射到人眼中，因此人眼感觉气泡特别明亮． 1．构造：光导纤维是非常细的特制玻璃丝，它由折射率不同的内外两层玻璃组成．内层玻璃(内芯)的折射率比外层玻璃的大． 2．工作原理：光从一端进入光纤时，光在两层玻璃的界面上发生全反射． 3．光纤通信：把载有声音、图像和各种数字信号的激光从光纤一端输入，沿着光纤传到另一端去，它具有容量大、衰减小、抗干扰能力强的优点． [判断](对的画“√”，错的画“×”) (1)光密介质就是密度较大的介质．(×) (2)光从水中射入空气中时一定会发生全反射．(×) (3)光纤通信的主要优点是容量大．(√) 探究点一　光的全反射及其分析方法 如图所示，一束激光沿半圆形玻璃砖半径射至它的平面上，激光从圆心折射进入空气中，逐渐增加入射角，折射光越来越弱，当入射角增大到一定程度后将出现折射光消失的现象．请问：要想出现这种现象必须具备什么条件？ 提示　由图可知，必须同时具备两个条件： ①入射角足够大； ②光由折射率较大的介质射向折射率较小的介质． 1．光密介质和光疏介质 (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 较大 较小 光密介质 较小 较大 (2)相对性：光疏介质和光密介质是相对的．对于任何两种透明介质，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定谁是光疏介质或光密介质． 2．全反射现象的分析 (1)临界角：光由折射率为n的介质射向真空或空气时，若刚好发生全反射，则折射角恰好等于90°，由折射定律有n＝，即sin C＝. 不同色光的临界角：不同频率的单色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． (2)发生全反射的条件 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． (3)全反射遵循的规律：发生全反射时，光全部返回原介质中，折射光消失，且入射光与反射光遵循光的反射定律． (2020·全国卷Ⅱ)直角棱镜的折射率n＝1.5，其横截面如图所示，图中∠C＝90°，∠A＝30°.截面内有一细束与BC边平行的光线，从棱镜AB边上的D点射入，经折射后射到BC边上． (1)光线在BC边上是否会发生全反射？说明理由． (2)不考虑多次反射，求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值． 解析　(1)如图所示，设光线在D点的入射角为i，折射角为r.折射光线射到BC边上的E点．设光线在E点的入射角为θ，由几何关系，有 θ＝90°－(30°－r)＞60°① 根据题给数据得sin θ＞sin 60°＞② 即θ大于临界角，因此光线在BC边上发生全反射． (2)设光线在AC边上的F点射出棱镜，光线的入射角为i′，折射角为r′，由几何关系、反射定律及折射定律，有 i＝30°③ i′＝90°－θ④ sin i＝n sin r⑤ n sin i′＝sin r′⑥ 联立①③④⑤⑥式并代入题给数据， 得sin r′＝ 由几何关系，r′即AC边射出的光线与最初的入射光线的夹角． 答案　(1)见解析　(2) [训练1]　一束平行光垂直射向一半径为R的透明介质半球体的