4.2 全反射 课件 -2026-2027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”，涵盖光疏光密介质、临界角、全反射条件及应用。通过露珠明亮、玻璃气泡明亮的情境导入，结合半圆形玻璃砖实验观察折射反射变化，搭建从现象到概念再到规律的学习支架。 亮点在于以科学探究为核心，通过实验现象分步观察培养科学思维，结合临界角公式推导与全反射棱镜、光导纤维实例深化物理观念。结构化小结与例题分析助力学生理解抽象概念，教师可高效实施重点难点教学。

2 全反射 第四章 光 通过实例分析，知道什么是光疏介质和光密介质，理解它们具有相对性。 01 02 通过演示实验观察全反射现象，理解临界角的概念和发生全反射的条件。 通过观察和实验，了解全反射棱镜和光导纤维。 03 重点 难点 全反射 01 夏天的早晨，从某方向看植物叶子上的露珠格外明亮,是什么原因？ 玻璃中的气泡从侧面看也是特别明亮，又是什么道理呢？ 通过本节课的学习，试解释其原理？ 公司logo 公司logo 情境导入 如图所示，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上会发生反射和折射。逐渐增大入射角，使折射角增大到90°的过程中，反射光线和折射光线会有怎样的变化？ 公司logo 公司logo 观察与思考 入射角为0，折射角也为0，光线沿直线射出 随着入射角的逐渐增大，折射角逐渐增大，折射光线亮度逐渐减弱；反射角逐渐增大，反射光线亮度逐渐增强 当入射角超过某一角度后，折射光线消失，所有光线全部反射 实验现象 光疏介质和光密介质 光疏介质：折射率较小的介质 光密介质：折射率较大的介质 定义 水晶与水相比，水晶为光密介质，水为光疏介质； 水与空气相比，水为光密介质，空气为光疏介质。 ★光疏介质与光密介质是相对的 公司logo 公司logo 核心知识 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。如果入射角逐渐增大，折射光离法线会越来越远，而且弱，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，只剩下反射光的现象。 当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射光线强度减弱，即折射光线能量减小，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，光全部返回原来的介质，反射光线的能量等于入射光线的能量。 公司logo 公司logo 核心知识 临界角 恰好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角。用字母C表示，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= 。 (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 全反射的 条件 两个条件必须同时满足 玻璃 空气 公司logo 公司logo 核心知识 1.如表所示，分别列出了四种物质的折射率、密度，思考以下问题： 介质 水 酒精 玻璃 金刚石 折射率n 1.33 1.36 1.5~1.8 2.42 密度/×103 kg/m3 1.0 0.8 2.5~3.0 3.52 (1)四种介质相比较，密度大的介质一定是光密介质吗？试举例说明。 答案　不一定，光密介质和光疏介质具有相对性，折射率是反映介质光学性质的物理量，与介质的密度没有必然联系。如酒精的密度比水的密度小，但其折射率比水的折射率大，酒精相对于水是光密介质。 公司logo 公司logo 思考与讨论 (2)光从哪种介质射入空气更容易发生全反射？为什么？ 答案　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，故光从金刚石射入空气更容易发生全反射。 1.如表所示，分别列出了四种物质的折射率、密度，思考以下问题： 介质 水 酒精 玻璃 金刚石 折射率n 1.33 1.36 1.5~1.8 2.42 密度/×103 kg/m3 1.0 0.8 2.5~3.0 3.52 2.(来自教材)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(已知水的折射率为n=1.33)？ 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sin C=和水的折射率n=1.33， 可求得临界角C=arcsin =48.8° 设圆锥的顶角为α，则有α=2C=97.6°，即圆锥的顶角为97.6°。 (1)两种介质相比，光疏介质的折射率一定较小。(　　) (2)同一束光，在光疏介质中的传播速度比在光密介质中的传播速度更大。(　　) (3)发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非常弱。(　　) (4)光从空气射向水中时，只要入射角足够大，就可能发生全反射。 (　　) √ √ × × 辨析 1. (2025·济南市高二期中)潜水员在潜水时偶然观察到上方坑洞里存在着明亮的“反光”，这是因为坑洞里存在空气，光在水面发生了全反射。如图，a处光源发出沿ab方向的光在b点恰好发生全反射，被c处的潜水员观察到。若光线与水面的夹角为θ，则水的折射率n为 A.n= B.n= C.n=cos θ D.n=sin θ √ 由几何关系可得全反射临界角为C=90°-θ，根据n=，解得n=，故选A。 例题 2.(来自教材)如图是一个用折射率n=2.4的透明介质做成的四棱柱的横截面图，其中∠A=∠C=90°，∠B=60°。现有一束光从图示的位置垂直入射到棱镜的AB面上，画出光路图，确定射出光线。注意：每个面的反射光线和折射光线都不能忽略。 例题 如图所示，光线从左侧垂直AB面射入棱镜时，透射方向不变。光线射到CD面时， 由几何知识得入射角i=30°。 设该棱镜的临界角为θ， 则sin θ=<， 故有θ<30°， 所以光线在CD面上发生了全反射。光线射到AB面上时入射角i'=60°，发生全反射，反射光线与BC面垂直。 全反射棱镜 02 1.由AB面垂直入射时 2.由AC面垂直入射时 A B C C B A 3.由AB面平行于AC入射且能从BC边射出时 A B C 全反射棱镜改变光路 全反射面为AC，方向变化90 ° 全反射面为AB、BC，方向变化180 ° 全反射面为AC，方向发生侧移 公司logo 公司logo 情境导入 全反射棱镜 横截面为等腰直角三角形的棱镜。 全反射棱镜 与平面镜相比，它的反射率高，几乎可达100%。 特点 公司logo 公司logo 核心知识 双筒望远镜、自行车尾灯、潜望镜等都会用到全反射棱镜。 应用 改变光路。 作用 公司logo 公司logo 核心知识 3. 空气中两束光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 √ 例题 四个选项的光路图如图所示： 可知B项正确。 光导纤维 03 光导纤维 光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有几微米到一百微米，如图所示，它是由内芯和外套两层组成的，内芯的折射率大于外套的折射率。 公司logo 公司logo 核心知识 光导纤维的工作原理 应用：作为载体，传递信息 (1)内窥镜：检查人体胃、肠、气管等脏器的内部。 (2)光纤通信：传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强。 把光导纤维聚集成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图像就可以从一端传到另一端。 医学上用这种光纤制成内窥镜用来检查人体胃、肠、气管等脏器的内部。 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。 内窥镜 公司logo 公司logo 核心知识 4. 如图长为L的一段直光导纤维，让一单色光射向右侧截面圆心点，缓慢减小入射角α，发现减小至α=60°时便不再有光从长侧面逸出。已知光在真空中的传播速度为c。 (1)求该光导纤维对这种单色光的折射率。 (2)以不同入射角进入光导纤维的光信号 传递到另一端所用的时间会有所不同， 求最长时间。 答案　 (1) 　 (2) 例题 (1)当入射角减小至α=60°时，光恰好在长侧面发生全反射，如图所示， 根据折射定律可得n=， 根据sin C=，又r+C=90°，则有sin C=cos r， 联立可得该光导纤维对这种单色光的折射率为 n===。 (2)单色光在光导纤维中的传播速度为v=， 当入射角为α=60°时， 光在光导纤维中传播的路程最长，则所用时间最长， 根据几何关系可知smax==nL， 则最长时间为tmax===。 相对性 二：全反射棱镜 一：全反射 全反射 光疏介质和光密介质 现象 三：光导纤维 折射光线消失 反射率几乎100% 条件 由光密介质到光疏介质 入射角大于或等于临界角 等腰直角三角形 改变光路 临界角sinC = 本课结束 Keep Thinking! $