4.2 全反射（授课PPT）-【大单元教学】高二物理同步备课系列（人教版2019选择性必修第一册）

4.2 全反射 第四单元 《光》 更多模板请关注：https://haosc.tukuppt.com 1 1物理观念： 知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念。提高光路规律的认知水平。 2科学思维： 理解全反射的条件，能计算有关问题和解释相关现象。会作全反射光路图。 3科学探究： 尝试用科学探究的方法研究物理问题：能正确处理数据，找出全反射临界角。能从多个角度进行实验误差分析。经历测量过程，能分析数据、发现特点，形成结论，解释并交流实践成果。 4科学态度与责任： 具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，形成探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度。培养将物理实验成果服务社会生产生活的应用意识。 核 心 素 养 一、驱动问题 光从一种介质进入另一种介质，一般情况下传播方向会发生改变。并且在界面上一般也会同时发生反射和折射两种现象。同学们请观看右边的趣味视频。蓝光从容器中水的上面进入水中后，通过调整射入的角度，你将会发现什么有趣的现象？这种有趣的现象是怎么样产生的呢？ 点击播放视频 二、全反射 观察与思考：为什么露珠会晶莹剔透呢？ 二、全反射 （一）光密介质和光疏介质 阅读课本，总结什么是光密介质，什么是光疏介质？ 光疏介质:两种介质中折射率较小的介质叫做光疏介质。 光密介质:两种介质中折射率较大的介质叫做光密介质. 注意: 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。 二、全反射 （二）入射角与折射角的大小关系 N N' A O B 光疏介质 光密介质 i r 光从光疏介质进入光密介质 光从光密介质进入光疏介质 i N N' A O B 光疏介质 光密介质 r 入射角与折射角的那个较大？ 二、全反射 （三）全反射 光从光密介质进入光疏介质，入射角增大，折射角也增大，谁先达到90°？若继续增大入射角？ 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。 二、全反射 （三）全反射 1.全反射定义： 光由光密介质射到光疏介质时，光线不发生折射，而全部返回到原介质中继续传播的现象。 玻璃 空气 C 此时的入射角称为——临界角 2.发生全反射的条件： （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； 二、全反射 （三）全反射 3.折射率与临界角的关系：（光由介质射入真空中） 界面 真空 介质 C 注意： (1)只有光从介质射入真空（空气）的交界面时，才能这样求临界角。 (2)n越大，临界角越小，也就越容易发生全发射。 全反射在生活中有哪些应用？ 全反射棱镜 光导纤维 典例选讲： 【例题】在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，为什么？这个圆锥的顶角是多大？ 三、全反射棱镜 （一）全反射棱镜 三、全反射棱镜 （二）全反射棱镜的应用 潜望镜 三、全反射棱镜 （二）全反射棱镜的应用 自行车尾灯 三、全反射棱镜 （二）全反射棱镜的应用 对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜等，就需要用全反射棱镜代替平面镜，以消除多余的像． 当然，如果在玻璃的前表面镀银，就不会产生多个像，一般的平面镜都是在玻璃的后面镀银， 但是银面容易脱落．因此对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜等，就需要用全反射棱镜代替平面镜．与平面镜相比,它的反射率高,几乎可达100%。 四、光导纤维 观察光在光导纤维中的传播实验 四、光导纤维 （一）光导纤维 阅读课本，总结光导纤维的工作原理与结构？ (1)原理：利用全反射原理 (2)构造：由折射率较高的玻璃内芯和折射率较低的外层透明介质组成，因为内芯的折射率比外套的大，所以，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 (3)优点：容量大、衰减小、抗干扰性强 四、光导纤维 （二）观察光在弯曲的有机玻璃棒中传播的路径 四、光导纤维 （三）光导纤维的应用 医用内窥镜：医学上将其制成内窥镜，用来检查人体内脏的内部。 四、光导纤维 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。 （三）光导纤维的应用 一路光纤的传输能力理论值为二十亿路电话，一千万路电视。虽然光纤通信的发展历史只有20多年的，但是发展的速度是惊人的。 课堂小结 全反射 光疏介质与光密介质 光从光密介质射入光疏介质 全反射的条件 全反射棱镜及其应用 全反射现象：折射光线消失 入射角大于或等于临界角 光导纤维及其应用 课堂反馈 1．红、黄、绿三种单色光以相同的入射角从水中射向空气，若黄光在界面上恰好发生全反射，则下列判断正确的是（　　） A．绿光不能发生全反射 B．红光一定能发生全反射 C．黄光在水中的波长比红光在水中的波长长 D．这三种单色光相比，红光在水中传播的速率最大 D 课堂反馈 课堂反馈 2．如图所示，半圆形玻璃砖放在空气中，三条同一颜色、强度相同的光线，均由空气沿半圆半径方向射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置。下列说法正确的是（　　） A．假若三条光线中只有一条在O点发生了全反射，那一定是aO光线 B．假若光线bO能发生全反射，那么光线cO一定能发生全反射 C．假若光线bO能发生全反射，那么光线aO一定不能发生全反射 D．假若光线aO恰能发生全反射，那么光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度小 A 课堂反馈 【答案】A 【详解】A．根据题意，三条光线颜色相同，强度相同，所以三条光线所对应的折射率相同，当其恰好发生全反射时，临界角相同，由图可知，aO光线的入射角最大，当入射角达到临界角时，恰好发生全反射，故A正确； BC．若bO光线发生全反射，则aO一定发生全反射，但是cO不一定发生全反射，故BC错误； D．若aO恰好发生全反射，则bO和cO不会发生全反射，其反射光线的亮度相同，故D错误。 故选A。 课堂反馈 3．空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图所示。方框内有两个折射率n=1.5的玻璃全反射棱镜。下列选项中给出了两棱镜四种放置方式的示意图，其中能产生上述效果的是 (　　) B 课堂反馈 课堂反馈 4．光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播．以下关于光导纤维的说法正确的是（　　） A．内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射 B．内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射 C．内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生折射 D．内芯的折射率与外套相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用 A 课堂反馈 【答案】A 【详解】发生全反射的条件是光由光密介质射入光疏介质，所以内芯的折射率大，且光传播在内芯与外套的界面上发生全反射。 故选A。 课堂反馈 5.某有线制导导弹发射时,在导弹发射基地和导弹间连一根细如蛛丝的特制光纤,它双向传输信号,能达到有线制导作用。光纤由纤芯和包层组成,其剖面如图所示,其中纤芯材料的折射率n1=2,包层折射率n2= ,光纤长度l为6 km。已知当光从折射率为n1的介质射入折射率为n2的介质时,入射角θ1、折射角θ2间满足:n1sin θ1=n2sin θ2。 (1)试通过计算说明从光纤一端入射的光信号 是否会通过包层“泄漏”出去。 (2)若导弹飞行过程中,将有关参数转变为光信号,利用光纤发回发射基地经瞬间处理后转化为指令光信号返回导弹,求信号往返需要的最长时间。 答案:(1)见解析　(2)1.6×10-4 s 课堂反馈 解析:(1)如图所示,由题意知在纤芯和包层分界面上全反射临界角C满足n1sin C=n2sin 90°,得C=60°。当在端面上的入射角最大(i=90°)时,折射角r也最大,在纤芯与包层分界面上的入射角i'最小,当端面上i=90°时, 所以,在所有情况中从端面入射到光纤中的信号都会发生全反射,光信号不会从包层中“泄漏”出去。 课堂反馈 (2)当在端面上入射角最大时所用的时间最长,这时光在纤芯中总路程为 代入数据得t=1.6×10-4 s。 本课时结束 感谢观看！ 更多模板请关注：https://haosc.tukuppt.com 32 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 解：如图，岸上所有景物发出的光，射向水面时入射角 分布在 到 之间，射入水中后的折射角 都在 至临界角 之间。几乎贴着水面射入水里的光线，在潜水员看来是从折射角为 的方向射来的，水面上其他方向射来的光线，折射角都小于 。因此他认为水面以上所有的景物都出现在顶角为 的圆锥里。 由公式 和水的折射率 ，可求得临界角 设圆锥的顶角为 ，则有 即圆锥的顶角为 。 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 【答案】D 【详解】AB．红、黄、绿三种单色光，红光的折射率最小，绿光的折射率最大，则根据 可知，红光的临界角最大，绿光的临界角最小，若黄光在界面上恰好发生全反射，则红光不能发生全反射，绿光一定能发生全反射，选项AB错误； C．根据 红光的折射率最小，频率最小，则在水中的波长最长，选项C错误； D．根据 红光的折射率最小，可知在水中传播的速率最大，选项D正确。故选D。 【答案】B 【详解】玻璃折射率为 ，由临界角公式得 可得出玻璃砖的临界角 ，则当光线垂直直角边进入玻璃砖，射到斜边上时入射角为45°，光线能发生全反射，故可知B图可产生如图所示的效果，故选B。 s=,光纤中光速v=, 所以信号往返需要的最长时间为t=, $$