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

该高中物理学习任务单聚焦“全反射”核心知识点，涵盖光疏与光密介质的相对性、临界角及全反射条件、光导纤维应用等内容。以课前概念铺垫（介质性质、临界角公式）为基础，课中通过棱镜实例深化理解，课后拓展光导纤维、玻璃砖等综合问题，构建从概念到应用的递进学习支架。 该资料亮点在于实验观察与理论推导融合，通过光路图辅助分析培养科学思维（科学推理、模型建构），联系光导纤维等实际应用强化物理观念。习题设计层次分明，从基础选择到综合计算，注重几何关系与临界角推导，有效提升学生解决问题的能力。

高中物理人教版选择性必修第一册 第四章《光》 4.2 全反射 学习任务单 课题 4.2 全反射 学习目标 1.知道光疏介质和光密介质，理解它们的相对性。 2.通过演示实验观察全反射现象，理解临界角和发生全反射的条件。 3.了解全反射棱镜和光导纤维。 课前学习任务 1．光疏介质和光密介质 (1)对于折射率不同的两种介质，我们把折射率较小的称为光疏介质，折射率较大的称为光密介质。 (2)光疏介质和光密介质是相对(填“相对”或“绝对”)的。 2．全反射现象 (1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射。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，只剩下反射光的现象。 (2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角。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的关系是sin C＝。 (3)全反射发生的条件 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。 3.光导纤维的折射率 设光导纤维的折射率为n，当入射角为θ1时，进入光导纤维的光线传到侧面恰好发生全反射，由图可知：当θ1增大时，θ2增大，由光导纤维射向空气的光线的入射角θ减小，当θ1＝90°时，若θ＝C，则所有进入光导纤维中的光线都能发生全反射，则有sin C＝，n＝，C＋θ2＝90°，由以上各式可得sin θ1＝，解得n＝。 以上是光从光导纤维射向真空时得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此光导纤维折射率要比大些。 课中学习任务 1..如图所示，等腰三角形ABC为一棱镜的横截面(AB＝AC)。一束光线垂直于AB边入射，恰好在AC面上发生全反射，并垂直于BC边射出棱镜。该棱镜的折射率为(　　) A. B.1.5 C. D. 2．(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 3.如图所示，一根长为l＝5.0 m的光导纤维用折射率n＝的材料制成。一束激光由其左端的中心点以45°的入射角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右端射出，光在真空中的传播速度c＝3.0×108 m/s。求：(计算结果保留两位有效数字) (1)该激光在光导纤维中的传播速度； (2)该激光在光导纤维中传播的时间。 课中学习任务答案 1.答案　A 解析　作出光路图如图所示，由几何关系可知，α＝∠C＝∠B，2α＋∠B＝180°，解得α＝60°，因此该棱镜的折射率n＝＝，A正确。 2.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。 3.答案　(1)2.1×108 m/s　(2)2.7×10－8 s 解析　(1)由n＝ 可得v≈2.1×108 m/s (2)激光在光导纤维中光路图如图所示，由折射定律并结合几何知识得θ＝60°，大于临界角45°，因此发生全反射。同理光线每次在侧面都将发生全反射，直到光线到达右端面。 OA＝＝x 故光线在光导纤维中传播的距离为s＝l 因此该激光在光导纤维中传播所经历的时间 t＝，代入数据解得t≈2.7×10－8 s。 课后学习任务 1.一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下列各图中能正确描述其光路的是(　　) 2.一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光，光路如图所示，比较内芯中的a、b两束光，a光的(　　) A.频率小，发生全反射的临界角小 B.频率大，发生全反射的临界角小 C.频率小，发生全反射的临界角大 D.频率大，发生全反射的临界角大 3.如图所示，一束单色光从真空斜射向某种介质的表面，入射角θ1＝45°，折射角θ2＝30°，则(　　) A.此介质的折射率等于1.5 B.此介质的折射率等于 C.θ1大于45°时会发生全反射现象 D.此介质全反射的临界角为45° 4.一透明砖的横截面如图所示，APB是半径为R的圆弧，P点在圆弧上，ODEB是长方形，长OD＝2R，宽OB＝R。一细束单色光平行BE方向从P点以入射角i＝60°射入透明砖。透明砖材料对该光的折射率n＝，光从真空中传播速度为c，不考虑多次反射。求： (1)通过计算判断，光线第一次到达AD边是否会从AD边射出； (2)从DE边射出的光线在透明砖内传播的时间。 课后学习任务答案 1.答案　A 解析　光从玻璃砖射向空气时，如果入射角大于等于临界角，则发生全反射；如果入射角小于临界角，则在界面处既有反射光线，又有折射光线，且折射角大于入射角，选项A正确，C错误；当光从空气射入玻璃砖时，在界面处既有反射光线，又有折射光线，且入射角大于折射角，选项B、D错误。 2.答案　C 解析　由光路图可知a光的偏折程度没有b光的大，因此a光的折射率小，频率小，由sin C＝可知，折射率越小发生全反射的临界角越大，故选项C正确。 3.答案　D 解析　已知入射角θ1＝45°，折射角θ2＝30°，则此介质的折射率为n＝＝＝，A、B错误；光从真空斜射向某种介质的表面，是从光疏介质射向光密介质，不可能发生全反射，C错误；全反射时有sin C＝＝，所以此介质全反射的临界角C＝45°，D正确。 4.答案　(1)不能，计算过程见解析　(2) 解析　(1)光路图如图所示，根据折射定律，有 n＝ 解得γ＝30° 设该光在透明砖中发生全反射的临界角为ic，有 sin ic＝ 解得sin ic＝ 根据几何关系有∠POA＝i＝60°，∠PMO＝γ＝30° 故该光到达AD边上的M点时的入射角θ＝60°，由于sin θ＝> 故θ>ic 光线第一次到达AD边上时会发生全反射，不能从AD边射出； (2)光线在透明砖内传播的速度为 v＝ 根据几何关系，光线在透明砖内传播的路程为 s＝2Rsin 60°＋＝R 传播时间t＝ 解得t＝。 学科网（北京）股份有限公司 $