4.3 光的全反射 课件 -2026-2027学年高二上学期物理鲁科版选择性必修第一册

第3节 光的全反射 学习目标 1. 知道什么是光疏介质和光密介质，理解它们具有相对性。 2. 理解全反射现象，掌握临界角的概念和全反射的条件。 3. 利用全反射条件，应用临界角公式解答相关问题。 4. 了解全反射的应用，知道全反射棱镜。 一、全反射及其产生条件 1. 光疏介质和光密介质。 (1)光疏介质：相互交界的两种介质中，折射率较 的介质。 (2)光密介质：相互交界的两种介质中，折射率较 的介质。 2. 全反射：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射。若入射 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，这种现象叫作全反射。 小 大 折射 反射 知识梳理： 3. 全反射临界角：刚好发生全反射，即折射角等于 时的入射角。 光从某介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角用字母C表示，C与该 介质的折射率n的关系是sin C＝ ⁠。 4. 全反射发生的条件。 (1)光从 介质射入 介质。 (2)入射角 临界角。 90° ​ 光密 光疏 等于或大于 二、全反射现象 1. 全反射现象实例解释。 (1)将熏黑的铁球放入水中时，球看上去变得锃亮：球面和水之间形成空气 层，日光从水照射到空气层时，会有部分光发生 ⁠。 (2)鱼缸中上升的气泡亮晶晶的，是由于光射到气泡上发生了 ⁠。 (3)荒漠里的蜃景：在沙漠里，接近地面的热空气的折射率比上层空气的折 射率 ，从远处物体射向地面的光线的入射角大于临界角时发生 ⁠ ，人们逆着反射光看去，就会看到远处物体的 ⁠。 全反射 全反射 小 全 反射 倒景 (4)公路面上的“蜃景”：炎热的夏天，在公路上向远处看去，路面显得格 外 ，就像被水淋过一样，这也是一种全反射现象。 明亮光滑 2. 全反射棱镜。 (1)形状：截面为 三角形的棱镜。 (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，它的反射率很高，几乎可达100％。 等腰直角 全反射 要点一　对全反射现象的理解 例1　一玻璃柱的折射率n＝，其横截面为四分之一圆，圆的半径为R， 如图所示。截面所在平面内，一束与AB边平行的光线从圆弧入射。入射光 线与AB边的距离由小变大，距离为h时，光线进入柱体后射到BC边恰好发 生全反射。求此时h与R的比值。 ​ 典例精析： 解：根据题意可画出入射光线与AB边的距离为h时的光路图，如图所示， 则由折射定律有n＝＝ 由全反射临界角公式有sin C＝由几何关系有i＝r＋C h＝Rsin i联立解得＝。 归纳: 1. 光疏介质和光密介质的三点注意。 (1)相对性：光疏介质、光密介质是相对的。任何两种透明介质都可以通过 比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介质或光密 介质。 (2)光疏介质、光密介质与介质密度的关系：光疏介质与光密介质是从光学 特性来说的，并不是它的密度大小。例如，酒精的密度比水小，但酒精和 水相比，酒精是光密介质。 (3)介质的折射率和传播速度：光疏介质的折射率小，光在介质中传播的速 度大；光密介质的折射率大，光在介质中传播的速度小。 2. 全反射现象。 (1)全反射的条件。 ①光由光密介质射向光疏介质。 ②入射角大于或等于临界角。 (2)全反射遵循的规律：发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射 光遵循光的反射定律，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用。 3. 临界角。 (1)折射角等于90°时的入射角。 (2)若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角 为C，则sin C＝。 (3)介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。 变式训练1:“水下世界国际摄影大赛”的作品一般是由摄影师在水下对景物进行拍摄而成的，获得了令人赞叹的美学效果。忽略镜头尺寸的影响，假设摄影师由水下竖直向上拍摄，光的传播路径如图所示，进入镜头的光线与竖直方向的最大夹角θ＝48.6°，已知sin 48.6°＝0.75，空气中的光速c＝ 3.0×108 m/s，下列说法正确的是(　C　)。 A. 光线射入水中后频率增大 B. 摄影师看到的水上景物的位置比实际位置偏低 C. 水的折射率为 D. 光线射入水中后速度变为1.8×108 m/s C 变式训练2:如图所示，边长为L的立方体玻璃砖，折射率n＝1.5，玻璃 砖的中心有一个小气泡。自立方体外向内观察气泡，立方体表面能看到气 泡的最大面积为(　D　)。 A. πL2 B. πL2 C. πL2 D. πL2 D 每个面能看到气泡的面积为圆，如图所示，设圆的最大半径为r，玻璃砖 的临界角为C，则有sin C＝＝＝，根据几何关系得r＝tan C，解得r ＝L，立方体表面能看到气泡的最大面积为S＝6πr2＝π L2，故A、B、 C错误，D正确。 考点二　全反射的应用 例2　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(　B　)。 B 归纳: 全反射棱镜改变光路的几种情况。 项目 入射方式 方式一 方式二 方式三 光路图 入射面 AB AC AB 全反射面 AC AB，BC AC 光线方向改变角度 90° 180° 0°(发生侧移) 变式训练1:如图所示，自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽 然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯 后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车。尾灯的 原理如图所示，下面说法中正确的是(　C　)。 A. 汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射 B. 汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射 C. 汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射 D. 汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射 C 变式训练2:日常生活和科技中蕴含光学知识，下列说法错．误．的是(　A　)。 A. 海市蜃楼产生的原因是海面上上层空气的折射率比下层空气折射率大 B. 光导纤维利用了光的全反射原理，其内芯采用光密介质，外套采用光 疏介质 C. 自行车后尾灯本身并不发光，但夜晚在灯光的照射下会显得特别明 亮，是利用了全反射棱镜对光的全反射而看上去发光 D. 水中的气泡看起来特别明亮是因为一部分光在界面发生了全反射的缘 故 A 考点三　两种“蜃景”的比较 例3　夏天，海面上的下层空气的温度比上层空气的温度低。可以设想海 面上的空气是由折射率不同的许多水平气层组成的。景物反射的光线由于 不断被折射，越来越偏离原来的方向，人们逆着光线看去就会看到蜃景， 如图所示，下列说法正确的是(　C　)。 C A. 蜃景是景物由于海平面对光的反射所成的像 B. 海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率大 C. A是蜃景，B是景物 D. B是蜃景，A是景物 归纳: 1. “蜃景”实质是大气中的全反射现象，光线经过不同密度的空气层后发 生逐渐折射，直至全反射，使远处景物显示为半空中或地面上的奇异幻 景，常发生在海上或沙漠地区。图甲、乙分别为“海上蜃景”“沙漠蜃 景”，由于其形成原因有所不同，两种“蜃景”也有所不同。 2. “海上蜃景”。 (1)气候条件：当大气比较平静且海面上的空气温差较大时(海面上空空气 的温度随高度升高而逐渐变大)，空气的密度随温度的升高而减小，对光 的折射率也随之减小。我们可以粗略地把空中的大气分成许多水平的空气 层，如图所示。 (3)虚像的形成：当光线进入人的眼睛时，人总认为光是从反向延长线的方 向发出的，所以地面 附近的观察者就可以观察到物体正立的虚像，且虚像“漂浮”在远处的半 空中，如图所示。 (2)光路分析：远处的景物反射的光线射向空中时，不断被折射，射向折射 率较小的上一层时，入射角越来越大，当光线的入射角大到临界角时，就 会发生全反射现象，光线就会从高空的空气层中通过空气的折射逐渐返回 折射率较大的下一层。 变式训练1:(多选)酷热的夏天，在平坦的柏油公路上你会看到在远处的 路面显得格外明亮，仿佛有一片“水面”，如图所示，但当你向“水面” 靠近时，“水面”也随着你的靠近而后退， 对此现象正确的解释是(　AD　)。 AD A. 这一现象是由光的折射和光的反射造成的 B. “水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉 C. 太阳辐射到地面，使地表温度升高，附近空气折射率变大，发生全反 射 D. 太阳辐射到地面，使地表温度升高，附近空气折射率变小，发生全反 射 $