(讲义)第4章 2.全反射-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册(人教版2019)

2.全反射 1．了解光的全反射，知道光疏介质、光密介质、临界角等概念。 2．了解光导纤维的原理及应用。 3．理解全反射的条件，能利用全反射规律解释相关问题。 4．观察全反射现象，经历探究全反射规律的过程。 5．借助全反射棱镜和光导纤维在生产、生活中的应用，培养学生兴趣。 　全反射 1．光疏介质和光密介质：对于折射率不同的两种介质，我们把折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质，光疏介质与光密介质是相对的。 2．全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光线完全消失，只剩下反射光线。这种现象叫作全反射，这时的入射角叫作临界角。 3．全反射的发生条件 (1)光线从光密介质进入光疏介质。 (2)入射角大于或等于临界角。 4．临界角C与折射率n的关系：sin C＝。 提醒　介质的折射率越大，光线发生全反射的临界角越小。 如图所示，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。 问题1　比较图甲、乙，逐渐增大入射角，反射角(光线)和折射角(光线)有什么变化？ 提示：图甲→图乙：入射角逐渐增大，反射角、折射角都逐渐增大；反射光越来越强，折射光越来越弱。 问题2　观察图丙，有什么特点？ 提示：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。 1．光疏介质和光密介质的分析 (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 大 小 光密介质 小 大 (2)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。 (3)光疏、光密与密度的关系：光疏和光密是从介质的光学特性来说的，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。 2．全反射现象 (1)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。 (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)从能量角度来理解全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大。同时折射光线强度减弱，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，反射光的能量等于入射光的能量。 【典例1】　(2022·全国甲卷)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。在截面所在平面内，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]　设光在AB面的折射角为r，则由折射定律有n＝ 光在BC面恰发生全反射，有sin C＝ 由几何知识有r＋C＝90° 联立解得sin C＝，sin r＝，n＝ 设BN＝b，PC＝c，则有sin r＝，sin C＝，联立解得c＝a。 [答案]　　a 　解决全反射问题的基本思路 (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)若由光密介质进入空气，则根据sin C＝确定临界角，看是否发生全反射。 (3)根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”。 (4)运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理，进行动态分析或定量计算。 [跟进训练] 1．如图甲所示，为研究一半圆柱体透明新材料的光学性质，用激光由真空沿半圆柱体径向射入，入射光线与法线成θ角，光学传感器CD可以探测反射光的强度。实验获得从AB面反射回来的反射光的强度随θ角变化的情况如图乙所示。光在真空中传播速度为c，则该激光在这种透明新材料中(　　) A．折射率为 B．传播速度为c C．θ＝0°时，反射光强度为0 D．反射光的强度随θ角的增大而增大 B　[根据题图图像可得当θ＝60°时激光发生全反射，根据折射定律得n＝＝，故A错误；根据光的速度公式v＝＝c，故B正确；θ＝0°时，大量的激光从O点射出，少量激光反射，故C错误；根据图像可得，当θ＝60°时激光发生全反射，反射光的强度不变，故D错误。] 　全反射棱镜和光导纤维 1．全反射棱镜 (1)形状：截面为等腰直角三角形的棱镜。 (2)全反射棱镜的特点：当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，与平面镜相比，它的反射率很高。 2．光导纤维 (1)导光原理：利用了光的全反射。 (2)构造：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套的界面上发生全反射。 (3)光导纤维除应