第四章 2 全反射（配套课件PPT）-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（人教版）

该高中物理课件聚焦全反射主题，系统涵盖光疏光密介质相对性、临界角条件及全反射棱镜、光导纤维应用。通过半圆形玻璃砖实验导入，衔接光的折射知识，以问题链搭建从现象观察到规律总结的学习支架。 其特色在于以实验探究为核心，结合“潜水员视角”等生活实例培养科学探究能力，通过全反射棱镜光路分析等例题强化科学思维。融入光纤通信等应用渗透科学态度与责任，助力学生深化概念理解，教师可依托分层练习高效开展教学。

全反射 2 第 四 章 1.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。 2.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(重点)。 3.通过观察和实验，了解全反射棱镜和光导纤维(难点)。 学习目标 内容索引 课时对点练 一、全反射 二、全反射棱镜 三、光导纤维 < 一 > 全反射 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？ 答案　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，折射角达到90°，折射光线消失，只剩下反射光。 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 的称为光疏介质，折射率较 的称为光密介质。 (2)光疏介质和光密介质是 (选填“相对”或“绝对”)的。 梳理与总结 小 大 相对 2.全反射 (1)全反射现象：光从 介质射入 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 (选填“强”或“弱”)，反射光却越来越 (选填“强”或“弱”)。当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时， 光完全消失，只剩下 光的现象。 说明：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。 光密 光疏 弱 强 折射 反射 (2)临界角：恰好发生全反射，即折射角等于 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＝。 (3)全反射发生的条件 ①光从 介质射入 介质。 ②入射角 临界角。 说明：两个条件必须同时满足才能发生全反射现象。 90° 光密 光疏 等于或大于 1.表中分别列出了四种物质的折射率、密度值，据此思考以下问题： 思考与讨论 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。 (2)光从哪种介质射入空气更容易发生全反射？ 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。 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)？ 答案　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＝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。 (　　) √ √ × × 易错辨析 　(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 例1 √ 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。 　(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2 答案　见解析 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。 返回 < 二 > 全反射棱镜 图为横截面是等腰直角三角形的玻璃棱镜(各种玻璃的临界角为32°~42°)，当光线以下列三种方式入射时会发生什么现象？ (1)由AB面垂直入射时； 答案　方向变化90° (2)由AC面垂直入射时； 答案　方向变化180° (2)由AC面垂直入射时； 答案　方向变化180° (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。 (4)应用：双筒望远镜、自行车尾灯、潜望镜等都会用到全反射棱镜。 梳理与总结 等腰直角三角形 高 　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 例3 √ 返回 四个选项的光路图如图所示： 可知B项正确。 < 三 > 光导纤维 1.构造：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 外套的折射率。 2.原理：利用全反射原理 3.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。 大于 　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； 例4 答案　 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)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　 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＝。 返回 < 四 > 课时对点练 题号 1 2 3 4 5 6 答案 A D A B (1)　(2) D 题号 7 8 9 10 11 答案 (1)×10－9 s　(2) A C (1)　(2)L2 D 对一对 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 考点一　全反射现象 1.关于全反射，下列说法正确的是 A.发生全反射时，折射光线完全消失，只剩下反射光线 B.光从光密介质射入光疏介质时一定会发生全反射 C.光从光疏介质射向光密介质时可能发生全反射 D.光从其传播速度大的介质射入其传播速度小的介质时可能发生全反射 基础对点练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 发生全反射时，所有的光线全部反射，折射光线完全消失，A正确； 光从光密介质射入光疏介质时，只有入射角等于或大于全反射临界角，才能发生全反射，故B错误； 由n＝知，光在其中传播速度小的介质的折射率大，光在其中传播速度大的介质折射率小，折射率大的介质是光密介质，折射率小的介质是光疏介质，光从光疏介质射入光密介质时不可能发生全反射，C、D错误。 2.水中的空气泡、玻璃中的空气泡，看上去比较亮，对这一现象表述正确的是 A.空气泡对光线有会聚作用 B.空气泡对光线有发散作用 C.从空气泡到达水或玻璃分界面处的光一部分发生全反射形成的 D.从水中或玻璃中射到空气泡界面处的光一部分发生全反射形成的 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 当光从水中或玻璃中射到空气泡的界面处时，一部分光的入射角大于或等于临界角，发生了全反射现象，所以水中的空气泡和玻璃中的空气泡看起来比较亮，故选D。 3.(2024·临夏州高二期末)图甲为发光二极管，其发光帽是一个透明体。为简化问题，设它由一个半径为R的半球体与一个半径为R的圆柱体组成，过半球球心的纵截面如图乙所示，若二极管的发光部分视为点光源且位于圆柱体内轴轴线上与半球球心相距R的O点，光线恰好能从半球体的全部表面射出，不考虑光线在透明体内反射。 则透明体的折射率为 A. B. C.2 D. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 当O点发出的光线射到半球体最右端(或最左端)恰好发生全反射时，整个半球体上恰好均有光线射出，如图所示 由几何关系可得tan C＝＝1，光线发生全反射时有sin C＝，联立解得透明体的折射率为n＝，故选A。 4.(2024·佛山市高二期中)如图所示为一半径R＝6 cm的透明半球体，PQ为半球体的直径，O为半球体的球心。现有一束激光垂直半球体的截面入射，入射点从P点沿直径PQ方向缓慢移动，移动2 cm后，开始有光线从半球体射出(不考虑光线在半球体内多次反射)，则 该半球体的折射率为 A. B. C. D. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 由题意作出光路图如图所示，入射点移动2 cm，该入射点位置为A，此时光从半球体出射时的入射角为C，由几何关系可知OA＝6 cm－2 cm＝4 cm，sin C＝，由全反射临界角公式可得sin C＝，可得该半球体的折射率为n＝，故选B。 5.(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； 答案　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 设玻璃砖的全反射临界角为θ，如图所示，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。 答案　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 这束光在玻璃砖中的传播速度v＝。 考点二　全反射的应用 6.(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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 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。 7.(2025·贵阳市高二联考)光导纤维简称“光纤”，是一种能够传导光波和各种光信号的纤维，也是传输信息的理想载体。如图所示，折射率为n＝的玻璃圆柱长L＝10 cm。一束激光射向圆柱一端的中心，射入圆柱后从另一端底面射出，真空中的光速 c＝3×108 m/s。求： (1)光在圆柱中传播的最短时间； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 答案　×10－9 s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 当光线在圆柱中传播最短距离为L，此时光在圆柱中传播的时间最短，光在圆柱传播的速度为v＝×108 m/s 光在圆柱中传播的最短时间是tmin＝ s＝×10－9 s 光在柱内恰好发生全反射时，光在柱内发生全反射的次数最多，全反射的临界角满足 sin C＝，根据几何关系可得θ＋C＝90° 根据折射定律n＝ 联立解得射入圆柱时的入射角正弦值为sin i＝。 (2)若光在柱内发生全反射的次数最多，射入圆柱时的入射角正弦值为多少？ 答案　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 能力综合练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 8.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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 9.(2024·四平市高二期中)用发光二极管制成的LED灯具有发光效率高、使用寿命长等优点。如图是LED灯内部结构横截面示意图，发光体封装在半径为R、折射率为n的半球形介质中，MON是其圆形发光体的直径，其圆心位于半球的球心O。已知真空中的光速为c，下列说法正确的是 A.光在该介质中的传播速度为 B.从O点发出的光在半球形介质中传播到球面所需要的时间为 C.当由发光面边缘M(或N)发出的光与MN面垂直时，入射角最大 D.为确保发光面发出的光第一次到达半球面时都不发生全反射，则该发光面 的最大面积为 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 真空中的光速为c，该介质的折射率为n，则光在该介质中的传播速度为v＝，故A错误； 从O点发出的光在半球形介质中传播到球面所需要的时间为t＝，故B错误； 如图所示 当由发光面边缘M(或N)发出的光与MN面垂直时，入射角最大，故C正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 如果入射角最大的这条光线不发生全反射，则其他光线均不会发生全反射，故临界条件为sin C＝，设发 光面的半径为r，由几何关系可知sin C＝，发光面的最大面积为S＝πr2，联立解得S＝，故D错误。 10.(2025·南通市启东中学高二月考)如图(a)所示，公园里的装饰灯在晚上通电后会发出非常漂亮的光。该装饰灯可简化为图(b)所示模型，该装饰灯为对红光折射率n＝1.5的透明材料制成的棱长为L的立方体，中心有一个发红光点O，不考虑光的二次和多次 反射，光速为c。求： (1)光线从玻璃砖射出的最长时间； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 答案　　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 考虑射到侧面上一条发生全反射的光线，临界角sin C＝ 则cos C＝ 由光的折射定律n＝ 根据tmax＝ 联立解得光线从玻璃砖射出的最长时间为 tmax＝ (2)从外面看玻璃砖六个面被照亮的总面积。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 答案　L2 每一侧面被照亮圆形的半径为r， 则有tan C＝ 面积为S1＝πr2＝ 从外面看玻璃砖被照亮的总面积为S＝6S1＝L2。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 11.如图甲所示是由透明材料制成的半圆柱，一细光束由真空沿着径向与AB成θ角射入，对射出的折射光线的强度随着θ角的变化进行记录，得到的关系如图乙所示。图丙是这种材料制成的透明体，左侧是半径为R的半圆柱，右侧是长为8R、高为2R的长方体，一束单色光从左侧A'点沿半径方向与长方体长边成37°角射入透明体。已知光在真空中的传播速度为c，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，下列说法正确的是 尖子生选练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 下列说法正确的是 A.该透明材料全反射的临界角为37° B.该透明材料的折射率为1.5 C.光在透明体中传播的路程为10R D.光在透明体中传播的时间为 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 由题图可知，当θ＝37°，折射光线才开始出现，说明此时恰好发生全反射，即该透明材料的临界角为C＝90°－37°＝53°，A错误； 根据全反射临界角公式sin C＝，可得该透明材料的折射率n＝1.25，B错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 返回 因为全反射临界角是53°，该透明体右侧长方体长度为8R，由几何知识可知光线在长方体中刚好发生三次全反射，光路图如图所示，设在长方体中光程为x，其在长方体方向的投影为8R，且满足xcos 37°＝8R，解得x＝10R，再加上在半圆柱中的光程R，故光在透明体中传播的总路程为11R，C错误； 光在透明体中的传播速度v＝，光在透明体中传播的时间t＝，D正确。 本课结束 第 四 章 $