4.3 光的全反射 课件-2024-2025学年高二上学期物理鲁科版（2019）选择性必修第一册

第四章 光的折射和全反射 第三节 光的全反射 1 新课导入 远方有一湾美丽的湖水，走向前去，那里却是一片荒漠，这是一种蜃景现象。蜃景是怎样形成的？ 2 新课导入 熏黑的铁球放入水中，为什么看上去会变得锃亮？ 3 1.知道光密介质和光疏介质的概念，认识光的全反射现象 2.知道全反射棱镜及其应用 学习目标 4 情境导入 水中的气泡和叶子上的露珠看起来特别明亮；炎热夏天，柏油路面有时看起来特别明亮,像水洗过的一样。这又是为什么呢？ 5 全反射及其产生条件 6 现象：随着入射角的逐渐增大的过程中，折射角逐渐增大 ；折射光线亮度逐渐减弱；反射角逐渐增大；反射光线亮度逐渐增强；当入射角增大到某一角度时，折射光线消失，所有光线全部反射。 迷你实验室 观察全反射现象 7 新课讲解 全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，入射角逐渐增大到某一角度，光线全部被反射回原光密介质的现象。 临界角：当光从光密介质射入光疏介质时，折射角等于900角时的入射角叫做临界角。用C表示。 玻璃 空气 8 新课讲解 介质 水 玻璃 金刚石 折射率n 1.33 1.5~1.9 2.42 临界角C 48.8 ° 32 °~ 42 ° 24.4 ° 不同介质的临界角 9 新课讲解 1.光疏介质：折射率较小的介质（光在光疏介质中传播速度相对较大） 2.光密介质：折射率较大的介质（光在光密介质中传播速度相对较小） 特别提醒： 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。如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比，酒精是光密介质。 10 新课讲解 3.光疏介质与光密介质是相对的 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。如，水、水晶和金刚石三种物质相比较，水晶对水来说是光密介质，对金刚石来说则是光疏介质。 4.光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的小n=。 11 新课讲解 5.折射角与入射角：光由光疏介质射入光密介质，折射角小于入射角。光由光密介质射入光疏介质，折射角大于入射角。 思考：光由光密介质进入光疏介质时，如果入射角不断增大，使折射角增大到90º 时，会出现什么现象？ O 空气 水 光疏介质 光密介质 O 光疏介质 光密介质 空气 水 12 新课讲解 （1）光从光密介质射入光疏介质； （2）入射角等于或大于临界角； 临界角C 的大小由折射率可得： 临界角的正弦值： 玻璃 空气 发生全反射的条件 13 想一想 由于不同介质的折射率不同，在光从介质射入空气（真空）时，发生全反射的临界角是不一样的。怎样计算光从折射率为 n 的某种介质射入空气（真空）发生全反射时的临界角 C ？ 计算时可以先考虑图的情形——光以接近 90°的入射角从空气射入介质，求出这时的折射角。根据光路可逆的道理，也就知道光从介质射入空气时发生全反射的临界角了。 14 全反射现象 15 新课讲解 全反射棱镜：玻璃棱镜的截面为等腰直角三角形，当光从图中所示的方向射入玻璃时，由于光的方向与玻璃面垂直，光线不发生偏折。但在玻璃内部，光射向玻璃与空气的界面时，入射角大于临界角，发生全反射。 与平面镜相比，它的反射率高，几乎可达 100%。这种棱镜在光学仪器中可用来改变光的方向。 16 新课讲解 当光线由AB面垂直入射时： 横截面是等腰直角三角形的棱镜 当光线由AC面垂直入射时： 在AC面发生全反射，垂直由BC面出射． 在AB、 BC面发生两次全反射，垂直由AC面出射． 变化90 ° 变化180 ° A B C C B A 17 新课讲解 双筒望远镜中的全反射棱镜 全反射棱镜的应用 18 新课讲解 自行车尾灯 19 全反射 （1）临界角C的表达式： （2）发生全反射现象的条件 ①光从光密介质射入光疏介质； ②入射角大于等于临界角. 全反射棱镜 全反射棱镜是横截面为等腰直角三角形的棱镜，它利用全反射来改变光路以便于观察，而且其能量损失更小，效果更好. 本课小结 1 2 光从光疏介质射入光密介质时不可能发生全反射 20 当堂检测 1.如图所示，MMʹ是两种介质的界面，A是入射光线，B是反射光线，C是折射光线，O是入射光线的入射点，NNʹ是法线，i是入射角，r是折射角，且i>r，则下列判断正确的是( ) A.i逐渐增大时r也逐渐增大，有可能发生全反射现象 B.i逐渐减小时r也逐渐减小，有可能发生全反射现象 C.i逐渐增大时r将逐渐减小，有可能发生全反射现象 D.i逐渐增大时r也逐渐增大，但不可能发生全反射现象 D 21 解析：入射角 i 逐渐增大时折射角 r 也逐渐增大，i 逐渐减小时 r 也逐渐减小，因为光是由光疏介质进入光密介质，不可能发生全反射现象。 故选D。 22 2.一束红蓝复合光从空气射入玻璃，光路如图所示，则下列说法正确的是( ) A.a光是红光，b光是蓝光 B.a光在玻璃中的速度比b光在玻璃中的速度小 C.增大入射角，玻璃的折射率增大 D.随着入射角的增加，从玻璃射出时a光先发生全反射 B 23 解析：A.两光线的入射角相同，由图可知b光的折射角大于a光的折射角，故根据 则 红光折射率小于蓝光折射率，则a光是蓝光，b光是红光，故A错误;B.根据 可得 故B正确;C.玻璃的折射率与材质有关，故不会发生变化，故C错误；D.光线通过玻璃砖发生了两次折射，第二次的入射角等于第一次的折射角，根据光路可逆性原理可知，光不可能在a、b的下表面发生全反射，一定能从下表面射出玻璃砖，故D错误。故选B。 24 3.一种“光开关”的核心区如图中虚线框区域所示，其中1、2是两个相同的截面为等腰直角三角形的棱镜，两斜面平行，略拉开一小段距离，在两棱镜之间可充入不同的均匀介质以实现开关功能。单色光a从1的左侧垂直于棱镜表面射入，若能通过2，则为“开”，否则为“关”。已知棱镜对a光的折射率为1.5。下列说法正确的是( ) A.单色光a在棱镜中的波长是在真空中的波长的1.5倍 B.若不充入介质，则实现“开”的功能 C.若不充入介质，则出射光线相对入射方向旋转90° D.若充入的介质相对棱镜是光密介质，则一定实现“关”功能 C 25 解析：A.根据 单色光a的频率不变，故在真空中的波长是在棱镜中的波长的1.5倍，故A错误；B.根据 此时 ，1发生全反射，所以无法通过2，为“关”，故B错误；C.若不充入介质，发生全反射，则出射光线相对入射方向旋转90°，故C正确；D.若充入的介质相对棱镜是光密介质，则会发生折射，使得光线通过2，一定实现“开”功能，故D错误。故选C。 26 4.（多选）某种嵌在地面下的彩灯竖直截面（经过对称轴）的简化示意图如图所示，上表面是直径为6cm的圆，竖直截面是规格为6cm×7cm的长方形透明材料，中央竖线上有间隔均匀的7个灯槽，在灯槽4位置放入能发绿光的灯珠M后，发出的光线恰好在透明材料的上表面边缘发生全反射。下列说法正确的是( ) A.材料对绿光的折射率为 B.材料对绿光的折射率为 C.若将能发红光的灯珠N安装在灯槽2位置， 则红光一定都能从材料的上表面射出 D.若将能发红光的灯珠N安装在灯槽6位置，则红光一定都能从材料的上表面射出 AD 27 解析：AB.如图所示 灯珠M安装在灯槽4位置，恰好在材料表面边缘发生 全发射，材料对绿光的折射率为n，根据全反射规律 可知 解得 故A正确，B错误； C.红光的临界角大于绿光的临界角，若将能发红光的灯珠N安装在灯槽2位置，则红光不一定都能从材料的上表面射出，故C错误； D.若将能发红光的灯珠N安装在灯槽6位置，则红光一定都能从材料的上表面射出，故D正确。 故选AD。 28 5.一细束单色光在三棱镜ABC的侧面AC上以大角度由D点入射（入射面在棱镜的横截面内），入射角为i，经折射后射至AB边的E点，如图所示.逐渐减小i，E点向B点移动，当 时，恰好没有光线从AB边射出棱镜，且 .求棱镜的折射率. 1.5 29 解析：设棱镜的折射率为n，当 时，恰好没有光线从AB边射出，即此时光线在AB界面发生全反射，光路图如图所示， 对入射点D有 ， 对反射点E有 ， 根据题意，由几何知识得 ， ， ， 联立可得 . 30 谢谢 31 $$