4.3 光的全反射(Word学生用书)-【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点。通过荷叶水珠、水中气泡等情境思辨导入，衔接光的折射知识，搭建从现象到规律的学习支架。 其亮点是结合半圆形玻璃砖实验探究全反射过程，通过典例分析几何关系与临界角计算，体现科学思维的模型建构与推理。光导纤维、全反射棱镜等应用实例强化物理观念，素养训练题助力学生提升解题能力，教师可高效开展概念教学与能力培养。

3.光的全反射 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。 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。 3.发生全反射的条件（两个条件同时具备） （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。 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=　　　。 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。 　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。（　　） （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。（　　） 要点一　全反射的理解及有关计算 　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： （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？ （2）观察图丙，有什么特点？ 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。 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。 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（　　） 尝试解答 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 尝试解答 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 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； （2）夜间通电后，被该细灯带照亮的湖面区域的面积S。 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≥ 。 （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。 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≥ 。 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 尝试解答 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（　　） 尝试解答 　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（　　） 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 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 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 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； （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。 完成课后作业　第四章　3. 答案 3.光的全反射 【基础知识落实】 知识点一 1.（1）较大　较小　（2）相对　2.光密　光疏　3.（2）大于　4.90°　5. 知识点二 1.全反射　2.大　全反射 情境思辨 （1）√　（2）×　（3）√ 【核心要点突破】 要点一　 知识精研 【探究】　提示：（1）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）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。 【典例 1】　D　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。 【典例 2】　D　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。 素养训练 1.CD　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。 2.（1）37°　（2）m2 解析：（1）根据全反射临界角公式有sin C= 解得C=37°。 （2）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。 要点二　 知识精研 【典例 3】　AC　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。 【典例 4】　B　四个选项产生的光路效果如图所示，故选B。 素养训练 　B　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。 【教学效果检测】 1.A　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。 2.AC　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。 3.D　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。 4.（1）2　（2） 解析：（1）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。 （2）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==。 6 / 6 学科网（北京）股份有限公司 $