4.2全反射-【堂堂清】2023-2024学年高二物理同步易混易错（人教版2019选择性必修第一册）

第四章 光 第二节 全反射 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 了解光的全反射，能对简单现象进行解释，知道什么是光疏介质，什么是光密介质。 科学思维 能运用数学知识进行光路分析，理解光的全反射现象。 科学探究 通过实验探究全反射现象，理解临界角的含义。 科学态度与责任 结合生活中的光学现象，会解释光导纤维和全反射棱镜的物理道理，培养学生的学习兴趣。 知识点一　全反射 情景导学： 一束光线以相同的入射角θ1分别从空气射入介质1和介质2时，若θ2>θ3，则介质1的折射率n1与介质2的折射率n2大小关系如何？ 答案提示：因为n1＝、n2＝，而θ2>θ3，所以n1<n2。 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。 情景导学： 如图所示，光由玻璃斜射向空气，若逐渐增加入射角，当入射角增大到一定程度后将出现折射光消失的现象，这种现象叫作全反射。请问：要想出现这种现象必须具备什么条件？ 答案提示：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 2.全反射 (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＝。 3.解释生活全反射现象 (1)水或玻璃中的气泡看起来特别亮，是由于光射到气泡上发生了全反射。 (2)在沙漠里的看到远处物体的倒影现象，是由于接近地面的热空气的折射率比上层空气的折射率小，从远处物体射向地面的光线的入射角大于临界角时，发生全反射，人们就会看到远处物体的倒影。 知识点二 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： ①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，光射出棱镜时，传播方向改变了90°。 ②当光垂直于截面的斜边射入棱镜时，在直角边上各发生一次全反射，使光的传播方向改变了180°。 知识点三 光导纤维及其应用 情景导学：如图所示是光导纤维的结构示意图，其内芯和外套由两种光学性能不同的介质构成，内芯对光的折射率要比外套对光的折射率高．请问：在制作光导纤维时，选用的材料为什么要求内芯对光的折射率要比外套对光的折射率高？ 答案提示：光只有满足从光密介质射入光疏介质，才会发生全反射．而光导纤维要传播加载了信息的光，需要所有光在内芯中经过若干次反射后，全部到达目的地，所以需要发生全反射，故内芯对光的折射率必须要比外套对光的折射率高。 1.光导纤维：用光密介质制成的用来传导光信号的纤维状的装置。 2.光纤原理：“光纤通信”利用了全反射原理。 实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，一定程度上可以弯折，直径只有几微米到一百微米之间，由内芯和外套组成。 如图所示，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，使反射光的能量最强，实现远距离传送。 3.光纤的应用：携带着数码信息、电视图像、声音等的光信号沿着光纤传输到很远的地方，实现光纤通信。 易错易混点1.对光的全反射的理解 易错易混点辨析： 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)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。 4.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)若光由光密介质进入光疏介质时，则根据sinC＝