第4章 2. 全反射-【新课程能力培养】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册学习手册（人教版2019）

学 第一册 （人教版）高中物理选择性必修 2. 全 反 射 课 标 要 求 知识点 1 全反射 1. 光疏介质与光密介质： 通常把折射率较小 的介质称为光疏介质， 折射率较大的介质 称为光密介质。 注意： 光疏介质和光密介质是相对的。 光疏介质与光密介质的界定是以折射率为 依据的 ， 与介质的其他属性 （如密度等 ） 无关。 由折射定律可知， 光由光疏介质射入 光密介质时， 折射角小于入射角； 光由光 密介质射入光疏介质时 ， 折射角大于入 射角。 2. 全反射： 当光从光密介质射入光疏介质 时， 在界面处一部分光被反射回原介质 中， 一部分光被折射到另一种介质中， 随 着入射角的增大， 折射角逐渐增大， 且折 射光线越来越弱， 反射光线越来越强， 当 是 （填序号）。 （ 3 ） 该小组选取了操作正确的实验记录， 在 白纸上画出光线的径迹， 以入射点 O 为 圆心作圆， 与入射光线、 折射光线分别 交于 A 、 B 点， 再过 A 、 B 点作法线 NN′ 的垂线， 垂足分别为 C 、 D 点， 如图乙 所示， 则玻璃的折射率 n= 。 （用图中线段的字母表示） 拓 展 创 新 折射机理。 光波是一种特定频段的电磁 波。 光在传播过程中有两个垂直于传播方向 的分量： 电场分量和磁场分量。 当电场分量 与介质中的原子发生相互作用， 引起电子极 化， 即造成电子云和原子荷重心发生相对位 移。 其结果是一部分能量被吸收， 同时光在 介质中的速度被减慢， 方向发生变化， 导致 折射的发生。 反射和折射不能用粒子性解释， 应用经 典粒子理论得到的折射速度不同。 在经典波 动光学之中能有较好的解释。 在利用近代理 论解释光的折射和反射过程中， 也不能理解 为粒子碰撞。 实际上可以理解为部分光子透 射、 部分光子反射。 但是如果想问是哪个光 子反射、 哪个光子折射， 实际上是办不到 的。 因为光子只代表电磁场能量分布， 其出 现多少代表了电磁场的能量大小。 在光入射 到物质表面时， 部分电磁场能量透射， 形成 折射光， 部分电磁场能量反射， 因此在折射 和反射方向都能探测到光子。 变式训练答案 1. （ 1 ） 3 姨 （ 2 ） 6 ∶ 1 （ 3 ） 2 2 姨 3 R 2. （ 1 ） AD （ ２ ） D （ ３ ） AC BD N O C D A B N′ 乙甲 变式训练 2 题图 A B C D 82 学 第四章 光 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。 3. 临界角： 在全反射现象中， 刚好发生全 反射 ， 即折射角为 90° 时的入射角叫作 临界角。 通常用 C 表示， 某种介质的临 界角与折射率的关系用公式 sin C= 1 n 来 表示。 4. 产生全反射的条件： 光从光密介质射入 光疏介质 ， 并且入射角大于或等于临 界角。 知识点 2 全反射棱镜 1. 横截面为等腰直角三角形的棱镜叫全反射 棱镜。 2. 全反射棱镜与平面镜相比， 反射率高， 几 乎可达 100％ 。 知识点 3 光导纤维 （简称光纤） 1. 结构及原理： 实际用的光纤是非常细的特 制玻璃丝， 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发射。 2. 应用： 医学上， 用光导纤维制成内窥镜； 光纤通信， 光纤通信的主要优点是容量 大、 衰减小、 抗干扰性强。 要 点 突 破 要点 全反射的理解和应用 1. 画出恰好发生全反射的光路图。 2. 利用几何关系找出临界角。 3. 判断发生全反射的区域。 例 如图， 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， 必须在每个面上都贴一张纸片， 则每张 纸片的最小面积为多少？ 解析： 设纸片的最小半径为 r ， 玻璃砖的临界 角为 C ， 则 sin C= 1 n ， r= a 2 tan C ， 计算得 r= a 2 n 2 -1 姨 = a 5 姨 则最小面积 S=πr 2 = πa 2 5 答案： πa 2 5 变式训练 如图所示 ， 一玻璃体的半径为 R ， O 为球心， AB 为直径， 来自 B 的光线 BM 在 M 点射出， 出射光线平行于 AB ， 另一光线 BN 恰好在 N 点发生全反射， 已知 ∠ABM= 30° ， 求： a 甲 例题图 乙 C r 根据全反射的临界角， 通过气泡到 达每个面的距离求出纸的最小半径， 从 而根据圆的面积公式求出每张纸片的 最小面积。 思路点拨 α 2 83 学 第一册 （人教版）高中物理选择性必修 3. 光 的 干 涉 知 识 梳 理 知识点 1 光的干涉 1. 干涉。 （ 1 ） 波的干涉： 频率相同的两列波叠加， 使 某些区域的振动加强、 某些区域的振动 减弱， 这种现象叫作波的干涉。 波的干 涉产生的条件， 是两列波的频率相同且 相差恒定。 能发生干涉的两列波称为相 干波源。 （ 2 ） 光的干涉： 在两列光波叠加的区域， 光 在一些位置相互加强， 出现亮条纹， 在 另一些位置相互减弱， 出现暗条纹， 且 加强和减弱的位置相互间隔， 这种现象 叫作光的干涉。 光的干涉产生的条件， （ 1 ） 全反射的临界角 C 。 （ 2 ） 球心 O 到 BN 的距离为球体半径的几倍。 拓 展 创 新 光从介质射入空气 （真空） 时， 发生全 反射的临界角 C 与介质的折射率 n 的定量关 系是： sin C= 1 n 。 从这个关系式可以看出， 介质的折射率越大， 发生全反射的临界角越 小。 水的临界角为 48.8° ， 各种玻璃的临界 角为 32°～42° ， 金刚石的临界角为 24.4° 。 全 反射是自然界里常见的现象。 例如， 水中或 玻璃中的气泡， 看起来特别明亮， 就是因为 光从水或玻璃射向气泡时， 一部分光在界面 上发生了全反射的缘故。 如果从玻璃射向空 气的入射角大于临界角， 光就会发生全反 射， 于是光在玻璃棒内沿着锯齿形路线传 播。 这就是光导纤维导光的原理。 1966 年， 33 岁的华裔科学家高锟博士提出一个理论： 直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来作为光 的波导来传输大量信息。 变式训练答案 （ 1 ） arcsin 3 姨 3 （ 2 ） 3 姨 3 变式训练题图 A B O M N 84