4.2.1 全反射 课件-2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

该高中物理课件《全反射》聚焦光密与光疏介质、临界角、全反射条件及应用等核心知识点，通过复习折射率概念导入，结合水中气泡明亮等生活现象设疑，以“复习回顾-问题驱动-实验探究-概念建构”的学习支架衔接前后知识。 其特色在于以实验探究为核心，通过玻璃砖折射光线消失实验、水流导光等活动培养科学探究能力，结合光纤通信、海市蜃楼等实例深化物理观念，例题设计注重科学思维训练，助力学生理解应用，为教师提供逻辑清晰、资源丰富的教学支持。

完成一个小目标，需要一个大智慧！ 授课教师：李长青 人教版(2019)必修 第三册 学习目标 4.2《全反射》 1.知道光密介质、光疏介质的概念； 2.知道光的全反射现象及其产生条件；理解临界角的物理意义。 3.会确定光从介质射入真空（空气）时的临界角。 4.初步了解光纤的工作原理及其在生产生活中的应用。 1 复习回顾 某介质的折射率，等于光在真空中的速度c 与光在介质中的速度v 之比. n= c v 折射率：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率。（用符号n表示） 介质 水 玻璃 金刚石 折射率n 1.33 1.5-1.9 n＝2.42 2 引入新课 这是为什么呢？ 露珠晶莹剔透？ 光会沿着弯曲的水流传播？ 水中的气泡看上去特别明亮？ 学习任务一： 全反射 光密介质：折射率较大的介质 光疏介质：折射率较小的介质 光疏介质和光密介质是相对的 介质1相对介质2是光疏介质 介质1与介质2相对空气都是光密介质 （1）光疏介质和光密介质是相对的 （2）“疏”、“密”不是指密度 注意： 物质 折射率 水 1.33 酒精 1.36 玻璃 1.50 密度 1 g/cm3 0.97 g/cm3 2.5 g/cm3 酒精是光密介质 酒精是光疏介质 想一想：密度大的介质，一定是光密介质吗？ 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 i N N' A O B 光疏介质 光密介质 r 光从光密介质进入光疏介质 思考：从光密到光疏，入射角增大，折射角也增大，谁先达到90°？ 若继续增大入射角，会发生什么现象？ 活动：寻找玻璃砖平直表面折射光线消失瞬间的现象， 1）记录光的传播路径。观察入射角的变化， 对折射角的影响。 2）记录此时的入射角大小与折射角大小。 注意：光线保持射向圆心！ 1、折射角逐渐 2、折射光线亮度逐渐 3、反射角逐渐 4、反射光线亮度逐渐 5、当入射角增大到某一角度时，折射光线 ，所有光线全部反射。 观察现象后回答： 随着入射角的逐渐增大的过程中 增大 减弱 增大 增强 消失 此时的入射角叫做临界角，用C表示 实验与观察 光密介质 光疏介质 实验探究：观察全反射现象 实验探究：观察全反射现象 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900时，折射光完全消失，只剩下反射光。 全反射 水 一、全反射 1、定义：光从光密介质射入光疏介质时，如果入射角增大的到某一角度，折射光完全消失只剩下反射光的现象叫全反射. 2、临界角(C)： 在全反射现象中,刚好发生全反射,即折射角等于900时的入射角,叫临界角。 θ1 θ3 玻璃介质 N N' A O B 空气 =C θ2 临界角 思考： 不同介质的折射率不同，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示的情形： 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。 入射角 反射角 θ1 θ2 如图所示,一束光从折射率为 的某种玻璃的表面射向空气，此时恰好发生全反射，求此时的入射角？ 临界角的计算： 原因：光从水射向气泡时，一部分光在分界面上发生了全反射。 应用：阅读课本P90页，为什么水中的气泡看起来特别明亮？ 水 根据折射定律 折射角小于入射角 折射光线一直存在 不能发生全反射 3、全反射条件 （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 (1)从能量变化角度理解全反射：当光从光密介质射入光疏介质，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，发生了全反射，反射光的能量等于入射光的能量。 4、对全反射的理解 (2)全反射遵循的规律：反射定律。 N N’ O 介质 空气 临界角的大小由光密介质和光疏介质的折射率及光的频率共同决定。 5、不同色光的临界角 不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越高的光的临界角越小，越易发生全反射。 玻璃 空气 全反射 学习任务评价一 【例1】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？ 解：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C 的方向射来的，水面上其他方向射来的光线，折射角都小于C。因此他认为水面以上所有的景物都出现在顶角为2C 的圆锥里。 由公式 和水的折射率n＝1.33，可求得临界角 设圆锥的顶角为α，则有α＝2C＝97.6° 即圆锥的顶角为97.6°。 教材例题： 思考：若水中点光源距离水面深度为h,则在液面上的光斑多大？ 【例2】(多选)如图所示，ABCD是两面平行的透明玻璃砖，AB面和CD面是玻璃和空气的界面，分别设为界面Ⅰ和界面Ⅱ。光线从界面Ⅰ射入玻璃砖，再从界面Ⅱ射出，回到空气中。如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角，则(　 　) A．只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象 B．只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象 C．不管入射角多大，光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象 D．不管入射角多大，光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象 CD 解决全反射问题的思路 (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，则根据确定临界角，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、运算及进行动态分析或定量计算。 阅读课本P92页，并回答问题： ⑴什么是全发射棱镜？ ⑵这种形状棱镜为什么称为全发射棱镜？ ⑶可以应用全反射棱镜哪些方面的特点？ 各种玻璃的临界角为32°～42° 横截面：等腰直角三角形 反射率高，几乎可以达到100﹪ ●改变光的方向 ●提高反射率 1.认识全反射棱镜 学习任务二： 全反射棱镜、光导纤维 二.全反射棱镜 作用：改变光的方向，可使光的传播方向改变90°或180° 0°(发生侧移) 90° 180° 光线由直角面垂直入射 光线由斜面垂直入射 光线平行斜面入射 演示：全反射棱镜 潜望镜 2.应用： 望远镜 ⑴改变光的方向 ⑵提高反射率 改变90°或180° 观察光在光导纤维中的传播实验 1966 年，33 岁的华裔科学家高锟提出：光通过直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来传输大量信息。高锟因此获得 2009 年诺贝尔物理学奖。根据这一理论制造的光导纤维（optical fiber）已经普遍应用到通信领域。这其中就用到了全反射原理。 高锟（1933-2018） 三、光导纤维 ●传播原理是什么？ ●光导纤维的结构是怎样的？ 阅读课本P93页，并回答问题： 3.优点：容量大、衰减小、抗干扰性强 三、光导纤维 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。 n内 > n外 4.应用： 医用内窥镜 光纤通讯 容量大、衰减小、抗干扰性强． 光纤灯 思考：水流导光的原理是什么？ 做一做：水流导光 【例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的全反射玻璃棱镜。下列选项给出了两棱镜的四种放置方式的示意图．其中能产生图中效果的是( ) B 学习任务评价二 【例4】(如图所示，AB为有机玻璃棒，A、B 之间距离为s，使一光脉冲信号从有机玻璃棒A端中间入射，射入后在有机玻璃棒与空气的界面上恰好发生全反射，由A 端传输到B 端所用时间为t，求有机玻璃棒的折射率n。(已知光在真空中的传播速度为c ) 解析： 设光导纤维所用材料的折射率为n， 则有： ●光导纤维问题，应抓住光从端面折射，继而折射光射到侧面发生全反射，画出光路图，找出各角之间的关系。 总结 ●求光的传播时间t 的一般思路： ⑴ ⑶ ⑵全反射现象中，光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定。 学习任务三：生活中的全反射自然现象 1、大气中的光现象——海市蜃楼（海面） 解释：海面上下层空气温度低，密度大，折射率大，上层空气温度高，密度小，折射率小，远方物体发出的光线向空中入射时不断折射弯曲，到某高度时发生全反射，再射回地面，观察者感觉这光线来自空中。 正立虚像 学以致用 下层的折射率较大 2、大气中的光现象——海市蜃楼（沙漠或马路） 解释：贴近地面空气温度高，密度小，折射率小，上层空气温度低，密度大 ，折射率大。远方物体发出的有些光线向地面入射时不断折射弯曲，到地面附近时发生全反射，再折向上射向远处空中，观察者感觉这光线来自地下。 倒立虚像 3、水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮 原因：光从水或玻璃射向气泡时，一部分光在分界面上发生了全反射 炎热夏天，柏油路面有时看起来特别明亮,像水洗过的一样 趣味实验：消失的文字 袋面字能看见，袋子内文字为什么会消失呢？ 学习任务评价三 袋内字 文字“消失术” 袋面字 水 现象解释 空气 判断 1.密度大的介质就是光密介质,密度小的介质就是光疏介质。(　 ) 2.光从空气射入水中时可能发生全反射现象。(　　) 3.鱼缸中上升的气泡亮晶晶的,是由于光射到气泡上发生了全反射。(　　) 4.光纤一般由折射率小的玻璃内芯和折射率大的外层透明介质组成。(　　) 5.光纤通信的主要优点是容量大。(　　) × √ × × √ 课堂小结 光疏光密 全反射 应用 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。 全反射发生的条件:① 光从光密介质进入光疏介质;②入射角等于或大于临界角. 全反射棱镜、光导纤维 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。 【1】如图所示，一个半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为R的半圆，AB为半圆的直径，O为圆心。玻璃的折射率为n＝ 。一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束在AB上的最大宽度为多少？ 解析：在O点左侧，设从E点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于临界角θ，则OE区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，如图。由全反射条件有 ，由几何关系有OE=Rsinθ；若光线都能从上表面射出，光束的宽度最大为l=2 OE，联立解得l= 。 课堂练习 A.激光在水流内传播是因为激光在水流与空气的分界面发生了折射 B.激光在水中的传播速度大于其在空气中的传播速度 C.瓶中液体折射率越大,越容易实现激光在液体内传播 D.激光器距水瓶越近,越容易实现激光在水流内传播 【2】(光导纤维)在塑料瓶的侧面开一个小孔,瓶中灌入清水,水就从小孔流出。让激光透过瓶子水平射向小孔,如图所示,激光将在水流内传播,关于这一现象描述正确的是(　　) C 【3】如图所示，一梯形透明介质ABCD，∠A＝75°，∠B＝45°，一光线垂直于BC面从E点射入介质后，射到AB面时恰好发生全反射，从AD面上的某点射出。求： （1）介质对该光线的折射率n； （2）该光线从AD面射出的折射角r。 解析： （1）根据几何关系有： 做出光路图如图示： （2）根据几何关系有： 谢谢观看！ 课后作业 小实验： 消失的硬币：将硬币放入装有水的脸盆中。将玻璃杯直接垂直盖下去，观察现象。再将玻璃杯装满水盖下去，观察现象；用所学知识对现象进行分析。 Lavf58.29.100 Lavf58.12.100 Lavf58.29.100 Lavf57.83.100 Lavf58.46.101 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.4.17 $