4.2 全反射(PPT课件)-【满分思维】2026-2027学年高中物理选择性必修第一册配套课件（人教版）

2 全反射 1 学习任务一 全反射现象的理解 学习任务二 全反射棱镜对光线的作用 学习任务三 光导纤维的结构与应用 随堂巩固 ◆ ◆ 新课探究 课后习题 2 学习任务一 全反射现象的理解 ［教材链接］ 阅读教材，完成下列填空. (1)光疏介质和光密介质：对于折射率不同的两种介质，我们把折射率较小的称 为光疏介质，折射率较大的称为光密介质.光疏介质和光密介质是相对的. (2) 全反射:光从光密介质射入光疏介质,当入射角增大到某一角度,使折射角达到 ____时,折射光__________,只剩下反射光,这种现象叫作全反射. 完全消失 学习任务一 3 (3) 临界角 定义:光从光密介质射入光疏介质,使折射角等于____时的入射角叫作临界角. 临界角与折射率的关系式为 __. 学习任务一 4 【辨别明理】 (1) 全反射是反射光线与折射光线重合的一种现象.( ) × (2) 光线从光疏介质射向光密介质时，也可能发生全反射.( ) × 学习任务一 5 例1 [2026·上海华东师范大学第二附属中学高二月考] 已知水、水晶、玻璃的折 射率分别为1.33、1.55和 ，则由此可知( ) A.水是光疏介质 B.玻璃为光密介质 C.水对于水晶或玻璃是光疏介质 D.水晶对于玻璃是光密介质 √ 学习任务一 6 [解析] 光疏介质和光密介质是相对的概念，取决于两种介质的折射率对比，折 射率小的是光疏介质，折射率大的是光密介质.单独说水是光疏介质不准确，因 为光疏、光密是相对的，比如水和空气(折射率约 )比，水是光密介质，故A 错误；同理，单独说玻璃是光密介质也不准确，需看对比的介质，故B错误； 水的折射率小于水晶和玻璃 的折射率，所以水相对于水晶或 玻璃是光疏介质，故C正确；水晶的折射率小于玻璃的折射率 ，所 以水晶相对于玻璃是光疏介质，故D错误. 学习任务一 7 例2 [2026·辽宁沈阳一中高二月考] 如图所示，一细束 单色光从半圆形玻璃砖上的点沿半径方向射向圆心 ， 刚好在玻璃砖的底面发生全反射后从玻璃砖射出，单 色光与玻璃砖下表面的夹角为 ，取 ，则 玻璃砖对该单色光的折射率为( ) A. B. C. D. [解析] 光线发生全反射的临界角为 ，根据 ，可得 ，故选D. √ 学习任务一 8 变式 为了研究某种透明新材料的光学性质，将其压制成半圆柱形，横截面如图 甲所示.一束激光由真空沿半圆柱体的径向射入，与过点的法线成 角. 为光 传感器，用以探测光的强度.从面反射回来的光的强度随 角变化的情况如 图乙所示.已知 ，该材料的折射率为( ) A. B. C. D. √ 学习任务一 9 [解析] 由题图乙可知，当 时恰好发生全反射，则全反射临界角为 ，发生全反射的临界角的正弦值，得 ，故选项A正确. 学习任务一 10 【要点总结】 1.光从一种介质射到另一种介质的界面上时，反射现象一定发生，折射现象有 可能发生.若发生了全反射，则折射光线消失，折射现象没有发生，反射光的能 量等于入射光的能量. 2.全反射现象仍然符合光的反射定律. 3.发生全反射时必须同时满足的两个条件是：光从光密介质射入光疏介质，且 入射角等于或大于临界角. 学习任务一 11 学习任务二 全反射棱镜对光线的作用 ［教材链接］ 阅读教材，完成下列填空. 1.全反射棱镜的形状：截面为__________三角形的棱镜. 等腰直角 2.全反射棱镜的特点：当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生 ________，与平面镜相比，它的反射率______，几乎可达 ，常用来代替平 面镜来______________. 全反射 很高 改变光的方向 3.全反射棱镜的应用：____________、自行车尾灯、潜望镜等. 双筒望远镜 学习任务二 12 例3 [2026·广东汕头金山中学高二月考] 夜间骑行时，自行车尾灯能够提高可见 性.尾灯内部无电源驱动，其结构通常是 由多个直角棱镜组成，自行车后方的汽 A. B.1.5 C. D.2 [解析] 由图可知光线在棱镜内能发生全反射，则 ，根据 ，可 得 ，故选A. 车灯光线水平射入棱镜后，在棱镜侧面经过两次全反射后水平反射回去.如图所 示，根据全反射原理，自行车尾灯棱镜所选用材料的折射率至少为( ) √ 学习任务二 13 例4 [2025·河北唐山一中高二月考] 如图所示是一个直角棱镜的横截面， ， ，一束平行光从 点垂直棱镜边界入射.已知此棱镜的折 射率 ，图中画出了光传播过程中的3条光束，下列说法正确的是( ) A.光束1的强度和光束2的强度一样大 B.光束2的强度比光束3的强度大 C.有光束能从射出，且出射光线与 平行 D.有光束能从射出，且出射光线与 平行 √ 学习任务二 14 [解析] 由于光在 界面上存在反射现象，因此光束1的强度比光束2的强度大， A错误；由于全反射的临界角 ，光束2在 界面上发生了全 反射，因此光束2的强度与光束3的强度一样大，B错误；光束3在到达 界面时， 入射角为 ，根据折射定律可知折射角为 ，出射光线与 界面的夹角为 ，因此出射光线与平行，C正确； 反射的光 束与垂直，入射角为 ，因此出射光束与 垂直， 不与 平行，D错误. 学习任务二 15 【要点总结】 全反射棱镜(横截面是等腰直角三角形)改变光路的几种情况 方式一 方式二 方式三 光路图 入射面 全反射面 、 光线方向改变角度 (发生侧移) 学习任务二 16 学习任务三 光导纤维的结构与应用 ［教材链接］ 阅读教材，完成下列填空. 1.原理：利用了光的________. 2.构造：由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的____，光传播时在 ____________的界面上发生全反射. 全反射 大 内芯与外套 学习任务三 17 3.光导纤维的应用 (1)光纤通信 ①光导纤维的传播原理：光由一端进入，在内芯和外套的界面上经过多次全反 射，从另一端射出，光导纤维可以远距离传播光信号，光信号又可以转换成电 信号，进而转变为声音、图像. ②光纤通信的优点：传输容量____、衰减____、抗干扰性及保密性强等. (2)医学上的内窥镜：内窥镜有两组光纤，一组把光传送到人体内部进行照明， 另一组把体内的图像传出供医生观察. 大 小 学习任务三 18 【辨别明理】 (1) 光导纤维的内芯是光密介质，外套是光疏介质.( ) √ (2) 光在光纤中传播时，在外套与空气的界面上发生全反射.( ) × 学习任务三 19 例5 [2026·山东青岛二中高二月考] 一束光在光导纤维中传播的示意图如图所示， 光导纤维对该束光的折射率为，该段光导纤维的长度为 ，图中的光线刚好在 光导纤维与空气的界面处发生全反射.已知空气对该束光的折射率为1，光在真 空中传播的速度为 ，下列说法正确的是( ) A.光导纤维的折射率 B.光导纤维的折射率 C.光在光导纤维中传播的时间为 D.光在光导纤维中传播的时间为 √ 学习任务三 20 [解析] 由于光发生全反射的条件之一是光由光密介质射入光疏介质，所以光导 纤维的折射率比空气的折射率大，即 ，故A正确，B错误；当光线在界面 处发生全反射时，根据临界角与折射率的关系 ，光在光导纤维中的传 播速度为，在沿光导纤维方向的分量为 ，所以光在光导 纤维中传播的时间为 ，故C、D错误. 学习任务三 21 例6 [2025·江苏南通高二期末] 如图为圆柱体光导纤维(可简化为长玻璃丝)的示 意图，玻璃丝的长度为.光垂直入射到玻璃丝的端面 ，已知玻璃丝对光的折 射率为，光在真空中的传播速度为 . (1) 求光在玻璃丝中传播的时间 ； [答案] [解析] 光垂直入射到玻璃丝的端面，光在其中的传播速度 传播时间为 学习任务三 22 (2) 若光以任意角度入射到玻璃丝的端面 的圆心，光均能从另一个端面射出 而不会从侧壁泄露出来，求玻璃丝折射率 应满足的大小范围. [答案] 学习任务三 23 [解析] 设光束在玻璃丝端面的入射角为，折射角为 ，折射光线射到侧面时的 入射角为 ，如图所示. 由折射定律得 由几何关系得 则 光在玻璃丝中发生全反射的临界角的正弦值 要使光线不会从侧壁“泄漏”出来，必须满足 学习任务三 24 则有 联立得 要保证从端面入射的任何光线都能发生全反射，应使 ，代入上式解得 即光导纤维所用材料的折射率至少应为 学习任务三 25 1.(全反射现象)(多选)关于全反射，下列叙述正确的是( ) A.发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非常弱 B.发生全反射时，入射角与反射角一定相等 C.光从水射向空气时，可能不发生全反射现象 D.光从空气射向水时，可能发生全反射现象 [解析] 发生全反射时折射光线消失，A错误；入射角与反射角一定相等，B正确； 发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角， C正确，D错误. √ √ 随 堂 巩 固 26 2.(全反射棱镜)图中的等腰直角三角形表示三棱镜的截面.光线垂直于直角边入 射,在底面上发生全反射,由此可知棱镜的折射率不可能是( ) A.1.7 B.1.8 C.1.5 D.1.3 [解析] 由临界角与折射率间的关系可知 ,故此棱镜的最小折射率 ，故选D. √ 随 堂 巩 固 27 3.(光导纤维)[2026·天津一中高二月考] 如图所示是 两个城市间光缆中的一条光导纤维的一段，光缆总 长为，内芯的折射率为，外套材料的折射率为 . 若光在空气中的传播速度近似为 ，则对于光由它的 A. B. C.光通过光缆的时间等于 D.光通过光缆的时间小于 [解析] 欲使光在内芯和外套的界面上发生全反射，需有 ，光在介质中的 传播速度为，则传播时间为 ，光沿直线传播，时间最短，最短时间 为，故光通过光缆的时间大于 ，故选B. 一端射入经多次全反射后从另一端射出的过程，下列判断中正确的是( ) √ 随 堂 巩 固 28 课后习题 29 知识点一 全反射条件 1.关于全反射，下列说法正确的是( ) A.光从光密介质射向光疏介质时一定发生全反射 B.光从光疏介质射向光密介质时可能发生全反射 C.光从折射率大的介质射向折射率小的介质时一定发生全反射 D.光从传播速度小的介质射向传播速度大的介质时可能发生全反射 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 30 [解析] 全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界 角，折射率大的介质相对于折射率小的介质是光密介质，同一种光在不同介质 中传播，传播速度小的介质相对于传播速度大的介质是光密介质，故D正确，A、 B、C错误. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 31 2.[2025·河南信阳高二期末] 海市蜃楼有两种形式，分别为海面的海市蜃楼，沙 漠中的海市蜃楼，观察对比下列两幅图像，分析下列说法正确的是( ) A.两种海市蜃楼对应的像分别为在海面或沙漠表面所形成的倒影 B.海面附近与沙漠表面，底层空气均比上层稀疏 C.两种海市蜃楼都是光从光疏介质进入光密介质而产生的现象 D.两种海市蜃楼都是由光的折射和全反射造成的 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 32 [解析] 海面上方的海市蜃楼所形成的像为正影，沙漠表面的海市蜃楼所形成的 像为倒影，故A错误；温度高空气稀薄，温度低空气稠密，海面附近底层空气 比上层空气稠密，沙漠表面空气比上层空气稀疏，故B错误；两种海市蜃楼都 是光从光密介质进入光疏介质最终发生了全反射而造成的，故C错误，D正确. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 33 知识点二 有关棱镜的计算 3.如图所示，一个三棱镜的截面为等腰直角三角形， 为直角，此截面所 在平面内的光线沿平行于边的方向射到边，进入棱镜后直接射到 边上， 并刚好能发生全反射，该棱镜材料的折射率为( ) A. B. C. D. √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 34 [解析] 如图所示，由几何关系可得 ， ，光束射到 边时， 根据光的折射定律有，当光束射到 边时，恰好发生全反射有 ，联立以上两式解得 ，故选D. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 35 4.[2026·河北邢台一中高二月考] 如图所示为单反照相机取景器的示意图，五边 形为五棱镜的一个截面，.光线垂直边射入，分别在和 上发生反射，且两次入射角相等，最后光线垂直 射出.若两次反射均为全反射， 则该五棱镜折射率的最小值是( ) A. B. C. D. √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 36 [解析] 若该五棱镜折射率最小，则光线在面和 面上都是恰好发生全反射， 根据几何关系可知全反射临界角为 ，则折射率的最小值为 ，故 选A. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 37 知识点三 光导纤维 5.[2026·广东惠州第一中学高二月考] 光导纤维的结构如图甲所示，其内芯和外 套材料不同，光在内芯中传播.一束复色光从空气射入光导纤维后分成、 两束 单色光，光路如图乙所示.以下关于光导纤维的说法正确的是( ) 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 38 A.图甲中光导纤维的内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面 上发生全反射 B.图甲中光导纤维的内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面 上发生折射 C.图乙中 光的折射率小，发生全反射的临界角大 D.图乙中 光的折射率大，发生全反射的临界角大 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 39 [解析] 光导纤维利用全反射原理传输光，发生全反射的条件是光从光密介质射 向光疏介质，所以内芯的折射率应比外套的大，故A错误； 光在内芯与外套的 界面上发生的是全反射，不是折射，故B错误；由图乙可知， 光的折射程度比 光小，根据折射率的相关知识，折射程度小的光折射率小，又根据全反射临界 角公式(为临界角， 为折射率)，可知折射率小的光，发生全反射的 临界角大，所以 光折射率小，临界角大，故C正确，D错误. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 40 6.[2026·湖北鄂南高级中学高二月考] 光导纤维是一种能够传输光信号的纤维材 料，它的用途非常广泛.如图所示，光在有机玻璃棒内沿着锯齿形路线传播，这 就是光导纤维导光的原理.关于光导纤维下列说法正确的是( ) A.沿着光传播的方向，光纤的折射率需逐渐减小 B.光纤外套的折射率小于光纤内芯的折射率 C.光纤的内芯以真空取代后，光信号可增强 D.光线传播信号无法沿着弯曲的管道前进 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 41 [解析] 沿着光传播的方向，介质不变，光纤的折射率不变，A错误；根据光导 纤维原理可知，光从内芯向外套传播时发生全发射，则根据全反射的条件可知， 光纤外套的折射率小于光纤内芯的折射率，B正确；光纤的内芯以真空取代后， 内芯向外套传播时不能发生全发射，光信号不能传播，C错误；光线传播信号 在传播过程中发生全反射，可沿着弯曲的管道前进，D错误. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 42 7.[2026·辽宁东北育才中学高二月考] 一个边长为 的等边三角形景观鱼池，底部中点有一点光源，若在水 面正上方观察，会看到水面上有一个圆形发光区域恰与 鱼池的三条边相切(如图所示)，已知水下光源发出的光在 水中的折射率为 .景观鱼池中水的深度为( ) A. B. C. D. [解析] 临界角，可得 ，由几何关系可知圆半径为 ，可知池深 ，故选A. √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 43 8.公园里的水池经常会在池底安装灯带来点缀夜景.若在水池底部水平安装一条 长度为的条形细灯带，灯带到水面的距离为，水的折射率为 ，则水面上有 光射出部分的面积为( ) A. B. C. D. √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 44 [解析] 光线在水面发生全反射时，无法射出水面，分析可知，水面上有光射出 的形状如图所示，恰好发生全发射时，有，由几何关系可知 ， 水面上有光线射出部分的面积，联立解得 ，故 选B. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 45 9.如图所示，柱状光学器件横截面为等腰梯 形，边长为，边长为， ， 底角为 .一束细激光从点垂直 面入射， 器件介质对激光的折射率为 .已知激光在真 A. B. C. D. 空中的传播速度为 ，则这束激光从射入到第一次从器件中射出在器件中经历的 时间为 ( ) √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 46 [解析] 激光垂直于面射入后方向不变，根据几何关系可知在 面的入射角 为 ，激光在面发生全反射的临界角的正弦值为 ，可得 ，所以激光在 面将发生全反射，光路图如图所示.根据几何关系可知 ，根据对称性可知激光在器件中的传播距离为 ，激光 在器件内的传播速度为 ，激光从射 入到第一次从器件中射出在器件中经历的时 间为 ，故选A. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 47 10.(10分)如图所示，一种光学传感器是通过接收器 接收到光的强度变化而触发 工作的.当光从挡风玻璃内侧点以入射角 射向外侧 点时，其折射光 线与反射光线恰好垂直；而当光从点射向外侧的 点时，刚好发生全反射并被 接收，已知光在真空中的传播速度为，的距离为 ，求： (1) (4分)玻璃的折射率； [答案] 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 48 [解析] 光线在 点发生折射，由于光线从光密介质射入光疏介质时发生折射， 光路图如图所示 则由折射定律得 代入数据可得 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 49 (2) (6分)光由点经全反射到达接收器 的时间. [答案] [解析] 刚好在点发生全反射，则有 光由经到的路程为 光在介质中的传播速度为 解得 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 50 $