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”核心知识点，通过“水中气泡和叶子露珠为何明亮”的观察与思考导入，从光疏光密介质的相对性出发，逐步讲解全反射现象、条件及临界角公式，延伸至全反射棱镜和光导纤维的应用，构建连贯的知识支架。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，设计“水流导光”实验、判断正误题及典例分析，引导学生理解全反射条件。课堂小结清晰提炼核心要点，帮助学生形成物理观念，教师可利用实例提升教学效率，激发学生探究兴趣。

第四章 机械波 2 全反射 授课教师：XXX 人教版（2019）高中物理（选择性必修一） 观察与思考：为什么水中的气泡和叶子上的露珠看起来特别明亮呢？ 新课引入 光密介质：折射率较大的介质 光疏介质：折射率较小的介质 酒精VS水： 酒精VS玻璃： 酒精为光密介质 玻璃为光密介质 一、全反射 1. 光疏介质与光密介质 光疏介质与光密介质是相对的 光由光疏介质射入光密介质，折射角小于入射角 从折射角与入射角大小的角度看： O 空气 水 光疏介质 光密介质 光由光密介质射入光疏介质，折射角大于入射角 O 光疏介质 光密介质 空气 水 思考：光由光密介质进入光疏介质时，如果入射角不断增大，使折射角增大到90º 时，会出现什么现象？ 一、全反射 一、全反射 现象：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；当入射角增大到某一角度时，折射光线消失，所有光线全部反射。 2. 全反射：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，光线全部被反射回原光密介质的现象。 3. 临界角：刚好发生全反射时的入射角叫做临界角。用C表示。 水 空气 （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 4. 条件： 一、全反射 思考：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？ 临界角C的大小由折射率可得 ： 一、全反射 水 空气 结论：光从水中射向空气时，光在分界面上发生了全反射。 解释1：叶子上露珠特别明亮，为什么？ 一、全反射 解释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)？ 一、全反射 一、全反射 解释3：海市蜃景和沙漠蜃景的区别？ 夏天，在气压恒定的海面上，空气密度随高度增加而减小，对光的折射率也随之减小，从而形成一具有折射率梯度的空气层.。当光线通过此空气层时，将发生偏折。 一、全反射 (1) 上现蜃景——海市蜃楼 一、全反射 在沙漠里，白天沙石被太阳晒得灼热，接近沙层的气温升高极快。由于空气不善于传热，所以在无风的时候，空气上下层间的热量交换极小，遂使下热上冷的气温垂直差异非常显著，并导致下层空气密度反而比上层小的反常现象。 一、全反射 (2)下现蜃景——海市蜃楼 (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。 (　　) √ √ × × 一、全反射 判断正误： 【典例1】(2024·天津市高二期末)某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上，将激光束垂直于AC面射入，可以看到光束从圆弧面ABC出射，沿AC方向缓慢平移该砖，在如图所示位置时，出射光束 恰好消失，该材料的折射率为 A.0.80 B.1.20 C.1.25 D.1.50 √ 一、全反射 【解析】由题可知，光束恰好在P点发生全反射， 如图所示，根据全反射公式有n＝，由图可知sin θ＝，则该材料的折射率为n＝1.20，故选B。 【典例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。 一、全反射 【解析】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。 一、全反射 画一画：横截面是等腰直角三角形的玻璃棱镜(临界角为 32°~42°)，当光线以下列三种方式入射会发生什么现象？ (1)由AB面垂直入射；(2)由AC面垂直入射；(3)由AB面平行于AC入射。 方向变化90° 二、全反射棱镜 方向变化180° 方向发生侧移 二、全反射棱镜 1. 全反射棱镜：横截面为 的棱镜。 2. 特点：与平面镜相比，它的反射率 ，几乎可达100%。 3. 作用：改变光路。 等腰直角三角形 高 4. 全反射棱镜的应用 双筒望远镜中的全反射棱镜 二、全反射棱镜 自行车尾灯 潜艇潜望镜 【典例3】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 √ 二、全反射棱镜 二、全反射棱镜 【解析】四个选项的光路图如图所示： 可知B项正确。 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。 三、光导纤维 ②内芯的折射率大于外套的折射率，光传播 时在内芯与外套的界面上发生全反射 ①光导纤维由内芯和外套两层组成 1. 特点： 2. 用途： ①医学上将其制成内窥镜， 用来检查人体内脏的内部 ②光纤通信，优点容量大、 衰减小、抗干扰性强 三、光导纤维 【典例4】如图长为L的一段直光导纤维，让一单色光线射向右侧截面某点，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； 三、光导纤维 【解析】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，联立得该光导纤维对这 种单色光的折射率n＝。 (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。 【解析】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＝。 三、光导纤维 全反射发生的条件: ① 光从光密介质进入光疏介质; ②入射角等于或大于临界角 全反射：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，光线全部被反射回原光密介质的现象。 课堂小结 水流导光：将塑料瓶下侧开一个小孔，瓶中灌入清水，水就从小孔流出。用激光水平射向塑料瓶小孔（图激光可由激光笔产生），观察光的传播路径。 水流导光 做一做 做一做 1. (2024·中山市高二期末)如图所示，一个半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为R的半圆，AB为半圆的直径，O为圆心，E为OA上的一点，且OE＝0.8R，已知真空中光速为c。 (1)若一束细光线从O点左侧E垂直于AB入射，恰好在上表面M的点发生全反射，求玻璃砖的折射率； 当堂巩固 【解析】设玻璃砖的全反射临界角为θ，如图光线从E点入射，射在上表面的M点恰好全反射，则根据OE＝0.8R，可知sin θ＝0.8，由于恰好在折射面上发生全反射，可知n＝； (2)计算这束光在玻璃砖中的传播速度。 【解析】这束光在玻璃砖中的传播速度v＝。 2.(2024·钦州市高二期末)空气中两条光线a和b从如图所示的方框左侧平行入射，又从方框的上方平行射出，如图所示，方框内放置了一个折射率为n＝1.5的等腰直角玻璃三棱镜，选项图中给出了等腰直角玻璃三棱镜的放置方式，其中正确的是 √ 当堂巩固 【解析】由题意可知，玻璃折射率为n＝1.5，由临界角公式sin C＝，则当光线垂直直角边进入玻璃砖，射到斜边上时入射角为45°大于临界角，故光线能发生全反射，选项A中，光射到两直角边不会发生全反射， 选项B中，光线在直角边上发生两次全反射后，垂直斜边射出； 选项C中出射光线向下； 在D中能使光线向上偏折；故可知D图可产生如图所示的效果。 当堂巩固 3. (多选)(2024·太原市高二期末)如图所示，高度为a且足够大的透明长方体，上表面中心有一点光源S，可向各个方向射出单色光，该单色光在透明体中的折射率n＝2。下列选项正确的是 A.该单色光在长方体中发生全反射的临界角为30° B.该单色光在长方体中发生全反射的临界角为45° C.下表面有光射出的圆面积为 D.下表面有光射出的圆面积为 √ √ 当堂巩固 【解析】该单色光在长方体中发生全反射的临界角满足sin C＝，解得C＝30°，故A正确，B错误； 作出恰好发生全反射的光路图如图。由几何关系，可得下表面有光射出的圆半径为r＝atan C，可得S＝πr2＝，故C正确，D错误。 当堂巩固 4. 如图所示，折射率n＝的半圆形玻璃砖置于光屏MN的上方，其平面AB到MN的距离为h＝10 cm。一束单色光沿图示方向垂直MN射向圆心O，经玻璃砖后射到光屏上的O'点。现使玻璃砖绕过O点垂直于纸面的轴顺时针转动，则从AB平面射出的光线在光屏上的光点移动的方向和光点离O'点的最远距离分别为 A.向右移动、10 cm B.向左移动、10 cm C.向右移动、20 cm D.向左移动、20 cm √ 当堂巩固 【解析】玻璃砖绕圆心O点顺时针转动，相当于玻璃砖不动，入射光线逆时针转动，则折射光线也逆时针转动，光屏上的光点将向右移动，故B、D错误； 由折射定律，设玻璃砖转过α角时光线在玻璃砖的AB面上恰好发生全反射，此时射到光屏MN上的光点离O'点的距离最远。设全反射临界角为C，有sin C＝，全反射的临界角C＝α＝45°，由几何关系知，光屏上光点到O'的距离x＝＝10 cm，则光屏上光点向右移动，光点离O'点最远距离为10 cm，故A正确，C错误。 当堂巩固 5. (2024·泰州市高二期末)如图所示，工厂按照客户要求进行玻璃异形加工，工人将边长为a的正方体透明玻璃砖，从底部挖去一部分，挖去部分恰好是以边长a为直径的半圆柱。现将平行单色光垂直于玻璃砖左侧表面射入，右侧半圆柱面上有光线射出的部分为其表面积的，不计光线在玻璃砖中的多次反射。已知光在真空中的传播速度 为c，求： (1)玻璃砖对该单色光的折射率； 当堂巩固 【解析】光在玻璃砖中的光路图如图所示。设恰好发生全反射临界角为α，正方体边长为a，则半圆柱半径R＝，有光线射出的部分的面积S＝2×αRa＝πRa，α＝，则n＝＝2 当堂巩固 (2)单色光在玻璃砖中传播的最短时间。 【解析】从半圆圆心处射出的光线，在玻璃中的距离最短，最短的距离为，则根据v＝，可得最短时间t＝。 Lavf58.29.100 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $