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

第2节 全反射 学案

核心素养:

物理观念

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，并能解决有关的问题。

3.知道全反射棱镜、光导纤维及其应用。

科学思维

会解决有关全反射问题。

基础知识：

知识点一 全反射

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而言的。

②光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小。

③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。

④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。

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。

(1)光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对意义。

(2)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。

知识点二 全反射棱镜和光导纤维

 

1.全反射棱镜

(1)全反射棱镜是截面为等腰直角三角形的棱镜。

(2)全反射棱镜的特点

①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。

②反射面不必涂敷任何反光物质，反射时失真小。

(3)全反射棱镜改变光路的两种常见情况。如图甲、乙所示。

2.光导纤维

(1)光导纤维对光的传导原理：利用了全反射原理。

(2)光导纤维构造

由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射(如图所示)。

(3)光纤通信的优点是容量大、衰减小、抗干扰性强等。

(4)光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等。

由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此光导纤维内芯的折射率实际上要比大些。

重难点理解：

一、对全反射的理解

1.对光疏介质和光密介质的理解

(1)光疏介质和光密介质的比较

(2)相对性：光疏介质、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。

(3)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。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.全反射现象的理解

(1)全反射遵循的规律：发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律。

(2)从能量角度来理解全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大。同时折射光线强度减弱，能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光的能量等于入射光的能量。

方法:

(1)光的反射和全反射均遵循光的反射定律，光路均是可逆的。

(2)光线射向两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射。入射角等于临界角时，折射角等于90°，实际上已经没有折射光线了。

典例1：(多选)如图所示，一束平行光从真空射向一块半圆形的玻璃砖，下列说法中正确的是(　　)

A.只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖

B.只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖

C.通过圆心的光线将沿直线穿过不发生偏折

D.圆心两侧一定范围外的光线将在曲面发生全反射

解析　垂直射向界面的光线不偏折，因而光线沿直线平行射到半圆面上。其中通过圆心的光线将沿直线穿过玻璃砖，不发生偏折，入射角为零。由中心向外的光线，在半圆面上进入真空时的入射角逐渐增大并趋近90°角，且折射角一定大于入射角，所以一定会发生全反射，故B、C、D正确。答案　BCD

二　全反射的计算

应用全反射解决实际问题的基本方法

(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sin C＝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”。