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

该高中物理课件聚焦“全反射”核心内容，涵盖光疏光密介质、临界角、全反射条件及应用。通过魔术“变脸”、水中气泡等生活现象导入，以问题链引导从概念辨析到实验探究，再到全反射棱镜、光导纤维等应用，构建递进式学习支架。 其亮点在于融合科学探究与生活科技，通过半圆形玻璃砖实验视频和问题驱动培养科学思维，如分析海市蜃楼成因、计算潜水员视角圆锥顶角，结合高锟光导纤维案例渗透科学态度。学生能联系实际深化理解，教师可依托结构化内容提升教学效率。

2.全反射 第四章 光 人教版选择性必修第一册 导入新课 这背后存在怎样的物理原理？ 魔术 —“变脸” 导入新课 水中的气泡和叶子上的露珠看起来特别明亮；炎热夏天，柏油路面有时看起来特别明亮,像水洗过的一样。这又是为什么呢？ 学习目标 物理观念 知道光疏介质和光密介质的概念，认识全反射现象。 科学思维 根据折射定律推出临界角和全反射的条件；运用能量观念认识反射光、折射光的强度变化规律。 科学探究 通过全反射现象的实验探究过程，培养学生的实验能力，引导学生归纳发生全反射的条件。 科学态度 与责任 通过全反射现象与生活和现代科技的联系，体会物理源于生活又回归于生活，培养学生学以致用的意识。 重点难点 重点 1. 全反射现象及其发生条件。 2.知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念。 难点 1.应用所学知识解释真实情境下的全反射现象，提升学生的综合应用能力。 1. 全反射 2. 全反射棱镜 3. 折射与全反射的综合问题 4. 课堂总结 5. 练习与应用 学习内容 第2节 全反射 一、全反射 第2节 全反射 一、全反射 1.光疏介质与光密介质 （1）光疏介质：折射率较小的介质，光在光疏介质中传播速度相对较大。 （2）光密介质：折射率较大的介质，光在光密介质中传播速度相对较小。 ①光疏介质和光密介质是相对的 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 ②不同介质的光疏、光密与密度无关； ③光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的小（n=）。 一、全反射 入射角 折射角 光从光疏介质进入光密介质 光从光密介质进入光疏介质 入射角 折射角 ①若增大入射角，折射角也增大，谁先达到90°？ ②若继续增大入射角，会发生什么现象？ ③如果是从光疏介质进入光密介质又将如何？ 一、全反射 让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，在这个边与空气的界面会发生反射和折射。逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化。 演示：观察反射、折射和全反射现象 一、全反射 （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。 随着入射角的逐渐增大的过程中： 增大 减弱 增大 增强 消失 一、全反射 2.全反射 （1）定义：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，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。 （2）临界角：光从光密介质射入光疏介质,使折射角变为90°时的入射角,称为这种介质的临界角,用字母C表示。 （3）发生全反射的条件 ①光由光密介质射入光疏介质； ②入射角等于或大于临界角。 玻璃 空气 注意： 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。 n越大，临界角越小，也就越容易发生全反射。 一、全反射 思考与讨论：由于不同介质的折射率不同，在光从介质射入空气（真空）时，发生全反射的临界角是不一样的。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 ？ O 空气 N N/ 介质 A B 分析：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。 临界角C的大小由折射率可得： 一、全反射 （4）临界角C与折射率n的关系。 ①定量关系：光由介质射入空气(或真空)时，。  ②定性关系：介质折射率越大,发生全反射的临界角越小,越容易发生全反射。 48.6° 水 30°~ 42° 玻璃 47.3° 酒精 38.1° 二硫化碳 42.9° 甘油 24.4° 金刚石 临界角 物质（液体） 临界角 物质（固体） 一、全反射 3.自然界中常见的现象 （1）炎热夏天柏油路面有时看起来特别明亮，这是因为贴近热路面附近的空气层比上层空气的折射率小，从远处物体射向路面的部分光线发生了全反射，所以，从远处看，炎热夏天柏油路面有时看起来特别明亮。 （2）水中或玻璃中的气泡，看起来特别明亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故。 清晨的露珠 一、全反射 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。 倒立虚象 （1）下现蜃景，沙漠蜃景 3.海市蜃楼和沙漠蜃景 一、全反射 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，再射会地面， 观察者感觉这光线来自空中。 （2）上现蜃景，海市蜃楼 一、全反射 （2）【水下的灯】水中的灯只能照亮水面上一块圆面，为什么？ R 从水射到空气时，当入射角大于临界角时，发生全反射，所以只能照亮水面上的一块圆面。 一、全反射 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？这个圆锥的顶角多大？ 一、全反射 建立模型，进行分析 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。 C C 一、全反射 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？这个圆锥的顶角多大？ 水的折射率为1.33 所以C=48.80，则有圆锥顶角θ=2C=97.60 C C 二、全反射棱镜 第2节 全反射 二、全反射棱镜 1.结构：截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜 2.作用：改变光的方向，可使光的传播方向改变90°或180°。 45 45 45 45 45 45 全反射棱镜实验视频： 二、全反射棱镜 4. 特点：(玻璃的临界角为32°— 42°) （1）当光垂直于它的任意一个界面射入后，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％。 （2）反射面不必涂敷任何反光物质。 3.原理：全反射原理 二、全反射棱镜 （1）精密光学仪器中，如显微镜、单反相机、望远镜…… 5. 应用 （2）自行车尾灯 二、全反射棱镜 潜艇潜望镜 水流导光：光在水的内表面发生多次全反射 二、全反射棱镜 2.光导纤维 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。 高锟（1933-2018） 光导纤维 二、全反射棱镜 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 1. 光导纤维原理：利用全反射原理 要求：n内 > n外 二、全反射棱镜 5. 光导纤维的应用 （1）医学上的内窥镜 用来检查人体内脏的内部实际的内窥镜装有两组光纤，一组把光传送到人体内部进行照明，另一组把体内的图像传出供医生观察。 作为载体，传递信息 二、全反射棱镜 （2）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。 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。 （3）光纤装饰照明 二、全反射棱镜 例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，其内芯和外套的材料不同，光在内芯中传播。下列关于光纤的说法中正确的是（　　） A．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 B．内芯的折射率比外套的大，光传播时在外套与外界的界面上发生全反射 C．波长越长的光在光纤中传播的速度越大 D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大 C 三、折射与全反射的综合问题 第2节 全反射 三、折射与全反射的综合问题 1.光的色散：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带。 (2)成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小，对紫光的折射率最大,紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象。 三、折射与全反射的综合问题 各种色光的比较 三、折射与全反射的综合问题 很多公园的水池底部都装有彩灯，当一细束由红蓝两色组成的灯光，从水中斜射向空气时，关于光在水面可能发生的反射和折射现象，下列光路图中正确的是(　　) C 三、折射与全反射的综合问题 平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制 三、折射与全反射的综合问题 如图所示，一束可见光穿过玻璃三棱镜后，变为三束单色光。如果b光是蓝光，则以说法正确的是（　　） A．a光可能是紫光 B．c光可能是红光 C．a光的频率小于c光的频率 D．c光的波长大于b光的波长 C 三、折射与全反射的综合问题 1.求解光的折射、全反射问题的四点提醒: (1)光密介质和光疏介质是相对而言的。同一种介质,相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质。 (2)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象。 (3)在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律，光路均是可逆的。 (4)当光射到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。 三、折射与全反射的综合问题 2.解决全反射问题的一般方法 (1)确定光是从光密介质进入光疏介质。 3.求解全反射现象中光的传播时间的一般思路 (1)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化,即v= 。 (2)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。 (3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射。 (4)如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图。 (5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算、解决问题 三、折射与全反射的综合问题 如图，一半径为R的玻璃半球，O点是半球的球心，虚线OO′表示光轴(过球心O与半球底面垂直的直线).已知玻璃的折射率为1.5.现有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线).求： (1)从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值； (2)距光轴 的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离. 三、折射与全反射的综合问题 解析(1)如图甲，从底面上A处射入的光线，在球面上 发生折射时的入射角为i，当i等于全反射临界角ic时， 对应入射光线到光轴的距离最大，设最大距离为l. i＝ic ① 设n是玻璃的折射率，由全反射临界角的定义有 nsin ic＝1 ② 由几何关系有 联立①②③式并利用题给条件，得 三、折射与全反射的综合问题 解析(2)如图乙，设与光轴相距 的光线在球面B点发生折射时的入射角和折射角分别为i1和r1，由折射定律有 nsin i1＝sin r1 ⑤ 设折射光线与光轴的交点为C，在△OBC中，由正弦定理有 由几何关系有∠C＝r1－i1⑥ 四、课堂总结 第2节 全反射 四、课堂总结 全反射 全反射棱镜 光疏介质、光密介质 全反射 定义 临界角C： 全反射的产生条件 全反射原理的应用实例 光导纤维 全反射 五、练习与应用 第2节 全反射 五、练习与应用 1.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 图甲所示。方框内有两个折射率n=1.5的玻璃全反射棱镜。图乙给出了两棱镜四种放置方式的示意图,其中能产生图甲效果的是(　　) B 五、练习与应用 2.如图所示是光线由空气射入半圆形或矩形玻璃砖,再由玻璃砖射入空气中的光路图,O点是半圆形玻璃砖的圆心。关于下列图说法不正确的是(　　) A.甲图中入射角大于折射角 B.乙图中光的传播路线不发生偏折 C.丙图中折射光线在玻璃砖的下界 面发生全反射 D.丁图中入射光线和出射光线平行 C 五、练习与应用 3．如图所示，一束可见光以入射角θ从玻璃砖射向空气，经折射后分为a、b两束单色光。a、b两束光相比，下列说法正确的是（　　） A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率 B．在玻璃中，a光的速度较大b光的速度 C．增大入射角θ，b光首先发生全反射 D．增大入射角θ，a光首先发生全反射 D 五、练习与应用 4.如图所示,“阶跃型”光导纤维由“纤芯”和“包层”两个圆柱体组成,其截面为同心圆,中心部分是“纤芯”,“纤芯”以外的部分称为“包层”。下列说法正确的是(　　) A.光导纤维只能传输可见光 B.光导纤维中“纤芯”的折射率小于“包层”的折射率 C.不同频率的光从同一根光导纤维的一端传输到另一端的 时间相同 D.光从“纤芯”一端传到另一端的时间与从“纤芯”端面射入时的入射角有关 D 颜　色 红橙黄绿青蓝紫 频率ν 低→高 同一介质中的折射率 小→大 同一介质中的速度 大→小 波长 大→小 通过棱镜的偏折角 小→大 临界角 大→小 双缝干涉时的条纹间距 大→小 (3)利用t= 求解光的传播时间。 (2)应用sin C= 确定临界角。 l＝R ④ sin i＝ ③ ＝ ⑦ sin i1＝ ⑧ OC＝R≈2.74R ⑨ $