4.3 光的全反射(课件PPT)-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中物理选择性必修第一册（教科版）

该高中物理课件聚焦光的全反射，涵盖光疏光密介质、全反射条件、临界角及光导纤维应用等核心知识。通过荷叶水珠、自行车尾灯等情境思辨导入，衔接光的折射知识，搭建从现象到规律的学习支架。 其亮点在于以情境思辨激发科学探究，通过半圆形玻璃砖实验探究培养科学思维，结合光导纤维、湖面照亮区域计算等实例落实物理观念。学生能深化理解，教师可借助分层练习提升教学效果。

3.光的全反射 第四章　光及其应用 1 1.知道光疏介质与光密介质、光的全反射等概念。 2.理解临界角的概念，会判断是否发生全反射。 3.了解光导纤维的原理及其应用。 4.会结合作光路图解决有关全反射现象的问题。 素养目标 2 目 录 CONTENTS 基础知识落实 核心要点突破 教学效果检测 课时作业 3 基础知识落实 目 录 4 知识点一　全反射现象及发生条件 1. 光密介质和光疏介质 （1）对于两种介质来说，光在其中传播速度较小的介质，即折射率 ⁠ 的介质叫光密介质；光在其中传播速度较大的介质，即折射率 ⁠ ⁠的介质叫光疏介质。 （2）光疏介质和光密介质是 ⁠的。 2. 全反射：光从 介质射到 ⁠介质的界面时，全部被反射回 原介质中传播的现象。 较 大 较 小 相对 光密 光疏 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （1）光需从光密介质射至光疏介质的界面上。 （2）入射角必须等于或 ⁠临界角。 大于 3. 发生全反射的条件（两个条件同时具备） 4. 临界角：光从某种介质射向真空或空气、折射角为 ⁠时的入 射角。 5. 临界角C与折射率n的关系：sin C= ⁠。 90° ​ 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 知识点二　全反射的应用——光导纤维 1. 光纤的工作原理：由于有机玻璃的折射率大于空气的折射率，当光从有 机玻璃棒的一端射入时，可以沿着有机玻璃棒的表面发生多次 ⁠ ⁠，从另一端射出。 2. 光导纤维的构造：由两种折射率不同的玻璃制成，分内、外两层，内层 玻璃的折射率比外层玻璃的折射率 ⁠。当光从一端进入光纤时，将会 在两层玻璃的界面上发生 ⁠。 3. 光纤通信的优点：容量大、衰减小、抗干扰能力强、传输质量高等。 4. 光纤的应用：光纤除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥 镜等。 全反 射 大 全反射 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 　图甲中荷叶上的小水珠看上去晶莹透亮；图乙中水里的小气泡看上 去格外明亮；图丙中自行车的尾灯虽然本身不发光，但在夜间骑行 时，后面汽车发出的强光照到尾灯后，会看到较强的光，用以警示后 面车上的司机注意。 （1）荷叶上的小水珠看上去晶莹透亮属于光的全反射现象。 （　√　） √ 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （2）水里的小气泡看上去格外明亮属于光的折射现象。 （　×　） （3）自行车的尾灯被汽车发出的强光照到后，会看到较强的光，属于光 的全反射现象。 （　√　） × √ 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 核心要点突破 目 录 10 要点一　全反射的理解及有关计算 【探究】 　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。请思考： 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （1）比较图甲、乙，逐渐增大入射角，反射角（光线）和折射角（光 线）有什么变化？ 提示： 图甲→图乙：入射角逐渐增大，反射角、折射角都逐渐增 大；反射光越来越强，折射光越来越弱。 （2）观察图丙，有什么特点？ 提示： 图丙中折射光线消失，反射光与入射光的亮度几乎相同，发 生了全反射。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 【归纳】 1. 从折射到全反射，随着入射角的增大，折射角也要增大，折射光线的强 度减弱，能量减小，反射光线的强度增强，能量增加，直到发生全反射， 折射光线的强度减弱到零，反射光线的强度、能量与入射光线相同，这是 能量守恒的表现。 2. 发生全反射时，光全部返回原介质，入射光线与反射光线遵循光的反射 定律。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 3. 解决全反射问题的基本思路 （1）确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质。 （2）若光由光密介质进入光疏介质，则根据sin C=确定临界角，看是否 发生全反射。 （3）根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”。 （4）运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理，进行动 态分析或定量计算。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 类型一　全反射的理解 （2025•四川北川中学高二上教学质量测试）某种介质的折射率 n=，一束单色光从该介质射向空气。如图，Ⅰ为空气，Ⅱ为介质，入射角 是60°，则下列光路图正确的是（　　） √ 解析：从介质射向空气，设临界角为C，则sin C=，可得临界角C=45°， 而入射角大于临界角，因此单色光发生全反射，不会有光线射出介质，故 选D。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 类型二　全反射的分析与计算 （2025•四川成都高二上阶段性考试）截面为直角梯形ABCD的玻璃 砖折射率n=。如图所示，一束光从AB面上M点以i=45°的入射角射入玻璃砖，光线经玻璃砖折射后首先到达BC面上N点并恰好发生全反射，然后到达CD面。不考虑多次反射，以下说法正确的是 （　　） A． ∠B为55° B． ∠B为65° C． 光线从CD面射出 D． 光线从AD面射出 √ 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 解析：光路图如图，根据n=，解得sin r=，即 r=30°，又sin C==，则C=45°，则∠B=180°－ （90°－r）－（90°－C）=75°，选项A、B错误；根 据几何关系可得∠C=105°，由几何关系可知r1=60°＞ C，则光线在CD面发生全反射，不能从CD面射出，由几 何关系可知在AD面上的入射角为r2=30°＜C，光线从AD面射出，选项C错误，D正确。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 1. 〔多选〕如图所示，ABCD是两面平行的透明玻璃砖，AB面和CD面是玻 璃和空气的界面，分别设为界面Ⅰ和界面Ⅱ。光线从界面Ⅰ射入玻璃砖，再从 界面Ⅱ射出，回到空气中。如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角，则（　　） A． 只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象 B． 只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象 C． 不管入射角多大，光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象 D． 不管入射角多大，光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象 √ √ 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 解析：　在界面Ⅰ上光由空气进入玻璃，是由光疏介质进入光密介质， 不管入射角多大，都不可能发生全反射现象，A错误，C正确；在界面Ⅱ上 光由玻璃进入空气，是由光密介质进入光疏介质，但是，由于界面Ⅰ和界面 Ⅱ平行，光由界面Ⅰ进入玻璃后再到达界面Ⅱ，在界面Ⅱ上的入射角等于在界 面Ⅰ上的折射角，故入射角总是小于临界角，因此也不可能发生全反射现 象，B错误，D正确。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 2. （2025•四川资阳高二下月考）某城市公园在布置灯光秀时，为了做出 灯光特效，工作人员在面积足够大的湖中离水面深h=2 m处水平放置一长 度为L=5 m的细灯带发光体，截面图如图所示。该发光体通电后能发出单 色光，水的折射率n=，忽略灯带发光体的粗细，已知sin 37°=0.6，cos 37°=0.8。求： （1）该单色光由水中进入空气时的临界角C； 答案： 37°　 解析： 根据全反射临界角公式有sin C= 解得C=37°。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （2）夜间通电后，被该细灯带照亮的湖面区域的面积S。 答案： m2 解析： 如图，点光源在深为h的水底照亮圆形区域半径为R 根据几何关系可知tan C= 解得R= m 细灯带照亮的湖面区域的面积为S=πR2＋2RL 联立解得S=m2。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 要点二　全反射的应用 1. 光导纤维内芯折射率的要求 （1）折射率：n≥ 。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （2）推证：设光导纤维内芯的折射率为n，当入射光线以任意入射角θ1入 射时，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图所示。则有 sin C=，n=，C＋θ2=90°，由以上各式可得sin θ1=。由图可 知，当θ1增大时，θ2增大，而从纤维射向空气中的光线的入射角θ减小。当 θ1=90°时，若θ=C，则所有进入纤维中的光线都能发生全反射，即有sin 90°=，解得n=。故当光导纤维的折射率n≥时，就可以使以 任意角度入射的光都能发生全反射。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 2. 全反射棱镜的理解 （1）光路控制特点（如图所示） ①当光垂直于截面的直角边射入棱镜时，光在截面的斜边上发生全反射， 光射出棱镜时，传播方向改变了90°。 ②当光垂直于截面的斜边射入棱镜时， 在两个直角边上各发生一次全反射， 使光的传播方向改变了180°。 （2）全反射棱镜的折射率要求：由sin C=和C≤45°知n≥ 。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 类型一　光导纤维的理解 〔多选〕（2025•四川南充高二下月考）光导纤维在现代通信网络中 发挥着重要作用。如图所示，长为L的直光导纤维由内芯和外套两层介质 组成，一束激光从端面AB以某一入射角α射向内芯，在内芯的内侧面入射 角为θ，此时恰好发生全反射。设内芯的折射率为n，光在真空中的传播速 度为c，则（　　） A． sin α=ncos θ B． 激光在内芯中的传播路程为Lsin θ C． 若α=0，则激光在内芯中传播的时间为 D． 若增大α，激光在内芯中仍能发生全反射 √ √ 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 解析：根据折射定律得n=，可得sin α=ncos θ，选项A正确； 由几何关系可知激光在内芯中的传播路程L0=＋＋…=，选项B错 误；由n=，解得激光在内芯中传播的速度v=，若α=0，则激光在内芯中 传播的时间t==，选项C正确；若增大α，则折射角增大，激光在内芯的 内侧面入射角减小，小于临界角，则激光不会发生全反射，选项D错误。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 类型二　全反射棱镜的理解 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为n=1.5的全反射玻璃棱 镜。下列选项中给出了两个棱镜的四种放置方式的示意图， 其中能满足题意的是（　　） √ 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 解析：四个选项产生的光路效果如图所示，故选B。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 　虚线方框内有截面是等腰直角三角形的全反射棱镜。同频率的两束光 1、2平行或垂直于棱镜某面射入，对应的出射光是1′、2′，下列可能实现的情境是（　　） √ 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 解析：将平行光线垂直于全反射棱镜的直角 边射入，反射光线改变90°，将平行光线垂 直于全反射棱镜的斜边射入，反射光线改变 180°，根据光的全反射规律，所作光路图如图所示。 选项A、D错误；将平行光线平行于全反射棱镜的斜边射入，反射光线平行 射出，全反射棱镜没有会聚光线的作用，只有凸透镜才对光线有会聚作 用，根据光的折射规律，所作光路图如图所示。 选项B正确，选项C错误。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 教学效果检测 目 录 31 1. 在观察光的全反射实验中，用激光笔从A点照射半圆形玻璃砖的圆心O 点，发现有OB、OC两条细光束。当入射光束AO绕O点顺时针转动小角度 θ，OB、OC也会随之转动。则（　　） A． 光束OB顺时针转动的角度大于θ B． 光束OC逆时针转动的角度小于θ C． 光束OB逐渐变亮 D． 光束OC逐渐变暗 √ 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 解析：　由题图可知，OB为折射光线，光从光密介质射入光疏介质，入 射角小于折射角，当入射光束AO绕O点顺时针转动，OB也顺时针转动，但 转动得更快，所以光束OB顺时针转动的角度大于θ，A正确；由题图可 知，光束OC为反射光线，转动方向与入射光线相反，但转动快慢相同，光 束OC逆时针转动的角度等于θ，B错误；当入射光线AO转动到一定程度 时，入射角等于临界角，发生全发射，折射光线会消失，这一过程中，折 射光线OB逐渐变暗，反射光线OC逐渐变亮，C、D错误。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 2. 〔多选〕光纤通信采用的光导纤维内芯长为L，其侧截面如图所示，一 复色光以入射角θ0从轴心射入光导纤维后分为a、b两束单色光，两单色光 在内芯界面处多次全反射后从光导纤维另一端射出，已知内芯材料对a光 的折射率为n，真空中的光速为c。下列说法正确的是（　　） A． 内芯材料对b光的折射率大于n B． 在内芯中a光传播速度比b光小 C． 若a光恰好发生全反射，则在这段光纤中的传播时间为 D． a光恰好发生全反射时在光纤中的传播时间大于b光恰好发生全反射时 在光纤中的传播时间 √ √ 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 解析：设折射角为α，根据n=，由于a光的折射角大于b光的折射 角，因此内芯材料对b光的折射率大于对a光的折射率n，故A正确；根据 n=，由于内芯对a光的折射率小于对b光的折射率，因此在内芯中a光传播 速度比b光大，故B错误；若a光恰好发生全反射，光线a的临界角为C，有 sin C=，则在这段光纤中的传播时间为t===，故C正确；同样b光恰好发生全反射时在光纤中的传播时间为t′=，则有t＜t′，故D错误。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 3. （2025•四川泸州高二上月考）如图所示为一边长为a的立方体透明物 质，在EFGH面的正中心有一点光源，可向各个方向射出单色光，在ABCD 面上有光射出的范围的面积为a2（不考虑光在其他面上的反射），则这种 透明物质对此单色光的折射率等于（　　） A． B. 3 C． D. 2 √ 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 解析：　根据光的折射和全反射，ABCD面上有光射出的范围是一个圆， 设该圆的半径为R，则a2=πR2，解得R=a，由几何关系可知，全反射的 临界角C满足sin C==，解得n=2，故选D。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 4. （2025•四川广安高二下期末测试）由一个直角三角形和一个四分之一 圆组成的光学柱状组件的横截面如图所示，圆弧的半径为R，∠A=30°。 一束单色光垂直于AO边中点C射入，恰好在AB边上的D点发生全反射，光 在真空中的传播速度为c。求： （1）求玻璃砖对该单色光的折射率n； 答案： 2　 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 解析： 由题意可知，单色光从C点垂直于AO边射入恰好在D点发生全反射，由图中的几何关系得D点是AB中点，得DB=DO=R， 临界角C=30° 由全反射得n==2。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （2）求光在组件中从C点射入至最后射出过程的传播时间t。 答案： 解析：光线从D点反射后恰好射到O点， ∠DOB=60°，大于临界角C，则在O点发生全反射，如图，光在玻璃砖中的路程s=CD＋DO＋R=R 光在玻璃砖中的传播速度v== 则该单色光在玻璃砖中传播时间t==。 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 课时作业 目 录 41 题组一　全反射的理解及有关计算 1. （2026•四川成都高三上零诊模拟）“寒夜灯柱”如图甲，是一种可与极光比肩的冰晕现象，因大气中的冰晶反射灯光而形成。简化光路如图乙所示，一束灯光（复色光）从左侧界面折射进入冰晶，分 离成两束单色光a和b，再经右侧界面反射， 又从左侧界面折射出来被游客看到。下列 说法正确的是（　　） A． 在冰晶中，a光的速度比b光大 B． 若在同一界面发生全反射，a光的临界角比b光大 C． 若在同一界面发生全反射，a光的临界角比b光小 D． 单色光a和b与冰晶右侧的反射是全反射 1 2 3 4 √ 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 解析：　根据折射率公式、折射率与光速、临界角的关系有 n===，由光路图可知，光从空气进入介质中时，入射角相等，a 的折射角小一些，则a光折射率大、临界角小、同介质中波速小，b光折射 率小、临界角大、同介质中波速大，选项A、B错误；结合上述可知，a光 折射率大一些，折射率越大，临界角越小，选项C正确；根据图示光路 图，简化图中左右界面平行，右侧界面的入射角等于左侧界面的折射角， 可知右侧界面的入射角小于临界角，光在右侧界面没有发生全反射，所以 简化光路图中“寒夜灯柱”的形成过程没有全反射，选项D错误。 1 2 3 4 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 题组二　全反射的应用 2. （2025•四川成都高二下半期考试）光纤通信有传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强等多方面的优点，我国的光纤通信起步较早，现已成为技术先进的几个国家之一。如图甲是光纤的示意图，图乙是光纤简化示意图（内芯简化为长直玻璃丝，外套简化为真空）。一束激光由光导纤维左端的点O以α=45°的入射角射入一直线光导纤维内，恰好在光导纤维的侧面A点（侧面与过O的法线平行）发生全反射，如图乙所示。下列说法中正确的是（　　） A． 光纤内芯的折射率比外套的小 B． 光纤材料的折射率n= C． 若增大在O点的入射角α，折射光线到侧面后也能发生全反射 D． θ=60° √ 1 2 3 4 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 解析：　激光在内芯和外套的界面上发生全反射，所以内芯是光密介 质，外套是光疏介质，即光纤内芯的折射率比外套的大，选项A错误；光 在O点折射，满足=n，在A点恰好发生全反射有sin θ=，可求 出tan θ=，故θ≠60°，选项D错误；由tan θ==，又sin2θ＋ cos2θ=1，可得，sin θ=，则光纤的折射率n==，选项B正确；增大 α，在侧面上的入射角变小，侧面上的入射角小于临界角，不再发生全反 射，选项C错误。 1 2 3 4 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 3. 〔多选〕夜晚公园景观池有可变化形状的灯光秀，其原理如图甲所示， 将一个半圆形线状光源水平放在水池水面下，通过支架（图中未画出）可 以调节光源距离水面的深度h，随着h不同，人们在水面上会看到不同形状 的发光区域。已知半圆形线光源的半径为R，水的折射率为n=，下列说法 中正确的有（　　） 1 2 3 4 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） A． 当h=R时，水面上的发光区域会呈现类似乙图所示的“月牙”形状 B． 当h=R时，水面上的发光区域会呈现类似丙图所示的“爱心”形状 C． 当h=R时，水面上的发光区域恰会呈现类似丙图所示的“爱心”形状 D． h越大，水面上发光区域的面积越小 √ √ 解析：取线光源上某一点作为点光源，点光源发出的光在水面上有光射出的形状为圆形，设此圆形的半径为r，点光源发出的光线在水面恰好发生全反射的光路图如图所示，由sin C==可得tan C=， 1 2 3 4 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 根据几何关系可得r=htan C=h，则一个点发出的光在水面上能看到半径r=h的圆，对于半圆形线光源在水面上的发光区域，可看作是圆的圆心沿半圆弧移动时圆扫过的区域，如图所示，可得，当r＜R，即h＜R时，水面上的发光区域会呈现类似乙图所示的“月牙”形状，当r≥R，即h≥R时，水面上的发光区域恰会呈现类似丙图所示的“爱心”形状，选项A、C正确，选项B错误；结合上述分析可知，h越大，水面上发光区域的面积越大，选项D错误。 1 2 3 4 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） 4. （2025•四川成都高三下模拟考试）我们坐在书桌旁读书写字时，长时间的低头会引起颈椎的疲劳，脊柱就会发生相应的变形。某同学利用所学几何光学的知识，设计了一款“矫姿眼镜”，这样就可以在平视状态下完成阅读和书写。如图甲所示，该同学首先以正确的坐姿坐在桌子旁，并找出平时习惯观看的位置P，量出眼睛Q与P的连线与水平方向OP的夹角θ为60°，为了平视时能看到P点，该同学在眼睛的前面设计了一个如图乙所 示的三棱镜ABC，使从P点发出与AC面垂直的 光线，在BC面发生全反射后沿水平方向传播， 且垂直AB面射出三棱镜。三棱镜的大小以及三 棱镜到眼睛的距离远小于眼睛到P点的距离，求： 1 2 3 4 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （1）三棱镜中∠A和∠B的大小； 答案： 60°　60°　 解析： 光路图如图所示，∠A两边与θ的两边相互垂 直，所以∠A=θ=60° 由几何关系可知∠B=i，2i＋θ=180° 因此∠B=60°。 1 2 3 4 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） （2）三棱镜的折射率应满足的条件。 答案： n≥ 解析： 设临界角为C，有sin C= 光线要在BC面发生全反射，应满足的条件i≥C，即sin 60°≥ 所以折射率n≥。 1 2 3 4 目 录 物 理·选择性必修第一册（JK） $