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

该高中物理导学案聚焦“全反射”核心知识点，涵盖光疏与光密介质、临界角、全反射条件及应用。通过复习光的折射规律，对比不同色光的折射率、临界角等特性，搭建从折射到全反射的学习支架，衔接前后知识脉络。 导学案以表格梳理不同色光的折射与全反射特性，结合全反射棱镜的光路分析，形成结构化知识体系。习题从基础判断到综合计算，培养学生科学推理和模型建构能力，提升物理观念，助力学生掌握全反射规律及应用。

高中物理人教版选择性必修第一册 第四章《光》 4.2 全反射 导学案 课题 4.2 全反射 学习目标 1. 知道什么是光疏介质与光密介质。认识光的全反射。 2. 理解临界角的概念，能判断是否发生全反射。 3. 知道全反射棱镜、光导纤维及其应用。 4.能够通过作光路图，解决全反射现象的有关问题。 学习重难点 1.不同色光的折射和全反射问题 可见光中，由于不同颜色光的频率并不相同，它们在发生折射和全反射时也有许多不同，如下表： 　　颜色 项目 红橙黄绿青蓝紫 频率 低→高 波长 大→小 同一介质中的折射率 小→大 同一介质中的速度 大→小 临界角 大→小 通过棱镜的偏折角 小→大 2．全反射棱镜 (1)特点：如一个截面为等腰直角三角形的棱镜，当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，与平面镜相比，它的反射率很高，几乎可达100%，常用来代替平面镜来改变光的方向。 (2)全反射棱镜改变光路的几种情况 入射方式 项目 方式一 方式二 方式三 光路图 入射面 AB AC AB 全反射面 AC AB、BC AC 出射光线方向改变角度 90° 180° 0°(发生侧移) 学习知识点 1.光疏介质和光密介质 (1)定义：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。 (2)对光疏介质和光密介质的理解 ①光疏介质和光密介质是相对的。 ②光从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角；反之，光由光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角。 ③光疏和光密是相对介质的光学特性来说的，并不指它的密度大小。例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介质。 2.全反射 (1)定义：当光从光密介质射向光疏介质时，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)折射率与临界角的关系：sin C＝。 (3)发生全反射的条件 ①光从光密介质射入光疏介质。 ②入射角大于或等于临界角。 课前训练 1.光在某种介质中传播的速度为1.5×108 m/s，光从此介质射向空气并发生全反射时的临界角是(　　) A.15° B.30° C.45° D.60° 2.光纤通讯中信号传播的主要载体是光纤，它的结构如图所示，可看成一段直线，其纤芯和包层的材料不同，光在纤芯中传播。下列关于光纤的说法中正确的是(　　) A．波长越长的光在光纤中传播的速度越大 B．频率越大的光在光纤中传播的速度越大 C．纤芯的折射率比包层的小，光传播时在纤芯与包层的界面上发生全反射 D．纤芯的折射率比包层的大，光传播时在包层与外界的界面上发生全反射 3.为了表演“隐形的大头针”节目，某同学在半径为r的圆形薄软木片中心垂直插入一枚大头针，并将其放入盛有水的碗中，如图所示。已知水的折射率为，为了保证表演成功(在水面上看不到大头针)，大头针末端离水面的最大距离h为(　　) A.r B.r C.r D.r 4．(多选)如图所示，三棱镜的截面为直角三角形，∠A＝30°，一束单色光从AB边上的D点平行AC边射入棱镜，在AC边发生全反射，反射光线与AB边平行，已知AD＝AB，则下列说法正确的是(　　) A．单色光在D点的折射角为30° B．三棱镜的折射率为 C．三棱镜的折射率为 D．单色光不能从BC边射出 5.一束光以45°的入射角从AB面射入如图所示的透明三棱镜中，棱镜折射率n＝。试求光在AB面的折射角，并在图中画出该光束在棱镜中的光路图。 6.如图所示为一透明介质，横截面为直角三角形ABC，一细束单色光PD从AC边上中点D射入介质，经AC折射后的光线照到BC边的中点时恰好发生全反射。若AC＝L，∠B＝θ＝30°，光在真空中传播的速度大小为c。 (1)画出光线从AC边进入到从AB边射出的光路图； (2)求介质对该单色光的折射率； (3)求单色光从D点开始到第一次离开介质所用的时间。 课前训练答案 1.答案　B 解析　根据折射定律，得介质的折射率n＝＝＝2，正好发生全反射，则有sin C＝，解得C＝30°，故选项B正确。 2.答案　A 解析　波长越长的光，介质对它的折射率越小，根据公式v＝，光在光纤中传播的速度越大，故A正确；频率越大的光，介质对它的折射率越大，根据公式v＝，光在光纤中传播的速度越小，故B错误；当纤芯的折射率比包层的大时，光传播时在纤芯与包层的界面上才能发生全反射，故C、D错误。 3.答案　A 解析　只要从大头针末端发出的光线射到圆形薄软木片边缘界面处能够发生全反射，从水面上就看不到大头针，如图所示，根据图中几何关系有sin ic＝＝＝，所以h＝r，选项A正确。 4.答案　AB 解析　根据题意，作出光路图，如图所示，根据几何关系可知，光线在D点的入射角为i＝60°，折射角为γ＝30°，根据折射定律有n＝＝，故A、B正确，C错误；根据几何关系可知，光在M点的入射角为30°，由sin ic＝＝>＝sin 30°，知临界角大于30°，单色光能从BC边射出，故D错误。 5.答案　30°　见解析图 解析　设光由AB面上的O点射入，由折射定律得， sin r＝＝＝，所以折射角r＝30°。 设光线射到AE面上的D点，由几何关系得OD∥BE， 由几何知识可知光线在AE面上的入射角为θ＝45°。 又sin C＝＝＝，所以C＝45°。 因为θ＝45°，故光线在AE面上发生全反射，由几何知识可知，光线将垂直于BE面射出，其光路图如图所示。 6.答案　(1)见解析图　(2)　(3) 解析　(1)作出光路如图所示。 (2)因为D为AC边的中点，E为BC边的中点，则DE∥AB，由几何关系可知 DE＝AB＝L CE＝＝L 光线在E点恰好发生全反射，可得 n＝＝＝ (3)由sin α＝可得α＝60° 由几何关系可知，单色光在介质中传播的路程为s＝DE＋EF＝DE＋AD＝L 单色光在介质中的传播速度大小为v＝ 单色光从D点开始到第一次离开介质所用的时间为t＝＝。 学科网（北京）股份有限公司 $