4.3 光的全反射与光纤技术 课件-2026-2027学年高二上学期物理粤教版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦光的全反射与光纤技术，通过沙漠蜃景、海市蜃楼等现象导入，引导学生从折射规律过渡到全反射条件，结合介质折射率观察、临界角计算等任务搭建学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，通过半圆形玻璃砖实验、折射光线消失视频及数据表格培养科学思维，如归纳全反射定义、推导临界角公式，结合全反射棱镜、光纤通信等实例强化物理观念。学生能提升探究能力和联系实际的思维，教师可利用结构化资源实施高效教学。

第四章 光及其应用 4.3 光的全反射与光纤技术 这些现象为什么特别明亮？ 沙漠蜃景 海市蜃楼 光纤通信 共同现象：光没有按普通折射路径离开原介质，而是在界面处被“留”回原介质。 核心问题：什么条件下会出现这种只反射、不折射的现象？ 观察任务：比较水、玻璃、金刚石等介质的折射率。 思考1：折射率较大的介质一定密度更大吗？ 思考2：玻璃相对空气、水、金刚石分别是什么介质？ 介质 折射率 n 比较结果 空气 1.00 相对玻璃：光疏 水 1.33 相对玻璃：光疏 玻璃 约1.50 相对水：光密 金刚石 2.42 相对玻璃：光密 不一定。光疏、光密只比较折射率，而且是相对的。玻璃相对空气和水是光密介质，相对金刚石是光疏介质。 一、全反射 1. 光疏介质与光密介质 光疏介质 → 光密介质 光密介质 → 光疏介质 从光密介质射向光疏介质时，折射角大于入射角；继续增大入射角，折射角可能先达到 90°。 一、全反射 2. 从折射方向预测全反射 实验任务：让光沿半圆形玻璃砖半径射到平直边，逐渐增大入射角。 观察1：折射光线方向和亮度怎样变化？ 观察2：反射光线亮度怎样变化？ 折射角逐渐增大，折射光线逐渐变弱；反射光线逐渐变强。 一、全反射 3. 观察入射角增大时的现象 视频 当入射角增大到某一角度后，折射光线消失，只剩下反射光线。 一、全反射 4. 实验视频：折射光线怎样消失 现象分析： 1. 折射角逐渐接近 90°，折射光线越来越弱。 2. 反射光线越来越强。 3. 当折射光线消失时，入射光全部返回原介质。 归纳：当光从光密介质射入光疏介质时，入射角增大到某一角度后，光线全部被反射回原光密介质，这种现象叫全反射。 全反射不是“反射规律改变”，而是折射光消失、反射光保留。 一、全反射 5. 从实验现象归纳全反射 问题：不同介质的全反射为什么不是在同一个角度发生？ 规定：折射角等于 90° 时的入射角叫临界角，用 C 表示。 临界角由两种介质的折射率决定；同一种介质射向空气时，折射率越大，临界角越小，越容易发生全反射。 一、全反射 6. 临界角的含义 由折射定律，从折射率为 n 的介质射向空气： 当折射角为 90° 时，入射角就是临界角 C。 公式意义：只适用于光从某种介质射向空气或真空。 n越大，1/n 越小，C越小；入射角达到或超过C更容易。 7. 临界角的计算 介质 折射率 n 对空气临界角 C 水 1.33 约48.8° 玻璃 约1.50 约41.8° 金刚石 2.42 约24.4° 思考1：临界角越小说明什么？ 思考2：同样从介质射向空气，哪一种更容易发生全反射？ 临界角越小，对入射角要求越低；金刚石最容易发生全反射。 一、全反射 8. 用数据判断发生全反射的难易 观察前面实验和公式，判断下列说法是否完整： 只要入射角足够大，就一定能发生全反射。 条件1：光从光密介质射向光疏介质。 条件2：入射角等于或大于临界角。 不完整。若光从光疏介质射向光密介质，无论入射角多大都不能发生全反射。 一、全反射 9. 全反射发生的条件 思考：光是一种电磁波，具有能量。入射角逐渐增大时，折射光和反射光的能量怎样分配？ 达到全反射前：折射光能量逐渐减小，反射光能量逐渐增大。 刚好发生全反射时：折射光能量为零，入射光能量全部反射回原介质。 全反射使更多光返回观察方向，所以气泡、露珠、棱镜等现象会显得特别明亮。 一、全反射 10. 能量视角理解全反射 观察任务：光垂直射入等腰直角玻璃棱镜后，在斜面处的入射角约为 45°。 思考：玻璃对空气的临界角通常小于 45°，斜面处会发生什么？ 斜面处满足全反射条件，光路被改变；全反射棱镜反射率高，适合精密光学仪器。 二、全反射的应用 1. 全反射棱镜改变光路 视频 棱镜中不是依靠镀银反射，而是在玻璃与空气界面发生全反射。 二、全反射的应用 2. 全反射棱镜的应用视频 情境：自行车尾灯不是灯，却能把汽车灯光明显反射回来。 思考1：透明塑料内部为什么能改变光路？ 思考2：它利用的是折射还是全反射？ 尾灯内部结构使光在界面上连续发生全反射，最终沿接近入射方向返回。 二、全反射的应用 3. 自行车尾灯为什么会反光 观察任务：激光射入弯曲的有机玻璃棒后，光沿弯曲路径向前传播。 思考：如果光在棒内每次射向外界面都满足全反射条件，会形成怎样的传播路径？ 光在内壁多次全反射，沿锯齿形路线传播，因此能沿弯曲介质前进。 三、光导纤维 1. 弯曲介质中的导光现象 结构：光纤由内芯和外套组成。 条件：内芯折射率大于外套折射率。 原理：光在内芯与外套界面上发生全反射。 思考：为什么外套折射率要比内芯小？ 这样光从内芯射向外套时才是从光密介质射向光疏介质，具备发生全反射的可能。 三、光导纤维 2. 光导纤维的结构与条件 内窥镜：一组光纤导入照明光，另一组光纤传出图像。 光纤通信：激光信号在光纤中远距离传播。 优点：容量大、衰减小、抗干扰性强。 这些应用的共同基础都是光在光纤内部不断发生全反射。 三、光导纤维 3. 光导纤维的应用 如图所示，一细束单色光由 MN 端面的中点垂直射入玻璃棒，恰好能在弧面 EF 上发生全反射，然后垂直 PQ 端面射出。 问题：判断全反射时，应先找哪一个界面和哪一个入射角？ 先找光从玻璃射向空气的弧面 EF，再根据几何关系确定该处入射角是否达到临界角。 四、迁移应用：判断能否发生全反射 1. 光线在玻璃和空气的分界面上发生全反射的条件是( ) A. 光从玻璃射到分界面上，入射角足够小 B. 光从玻璃射到分界面上，入射角足够大 C. 光从空气射到分界面上，入射角足够小 D. 光从空气射到分界面上，入射角足够大 B 2. 自行车尾灯不是灯。夜间，汽车灯光照在尾灯上时，尾灯会变得十分明亮。从原理上讲，它主要利用了( ) A. 光的折射 B. 光的全反射 C. 光的干涉 D. 光的衍射 B 3. 关于光纤的说法，正确的是( ) A. 光纤是由金属制成的，所以容量大 B. 光纤导电性能特别好，所以衰减小 C. 光纤通常由内芯和外套组成，利用全反射实现光的传导 D. 光纤必须保持笔直状态，弯曲后不能导光 C 光的全反射 与光纤技术 光疏介质与 光密介质 全反射发生的条件 临界角 全反射的应用 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。 光疏介质和光密介质是相对的。 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 sin C = 1/n 全反射棱镜 光导纤维 $