13.2全反射【教學目標】（一）知識與技能1知道什么是光疏介質，什么是光密介質。2理解光的全反射。3理解臨界角的概念，能判斷是否發生全反射，并能解決有關的問題。4知道全反射棱鏡、光導纖維及其應用。（二）過程與方法1會定性畫出光疏介質進入光密介質或從光密介質進入光疏介質時的光路圖。2會判斷是否發生全反射并畫出相應的光路圖。3會用全反射解釋相關的現象。4會計算各種介質的臨界角。（三）情感、態度與價值觀體會本節實驗中“讓入射光正對半圓形玻璃磚中心從曲面入射”是在設計實驗時設計者為突出主要矛盾而控制實驗條件達到略去次要矛盾的高明做法。【教學重點】全反射條件，臨界角概念及應用。【教學難點】臨界角概念、臨界條件時的光路圖及解題。【教學方法】采用實驗觀察、猜想、印證、歸納的方法得出全反射現象的發生條件、臨界角概念等。【教學用具】光學演示儀（由激光發生器、帶量角度的豎直面板、半圓形玻璃磚等組合）【教學過程】（一）引入新課讓學生甲到黑板前完成圖1及圖2兩幅光路圖（完整光路圖） 圖1 圖2（估計學生甲畫圖時會遺漏反射光線）師：光在入射到空氣和水的交界面處時，有沒有全部進入水中繼續傳播呢？生：有一部分被反射回去。（學生甲補畫上反射光線）師：很好。甲同學正確地畫出了光從空氣進入水中時的折射角生：小于入射角。師：光從水中進入空氣時，折射角生：大于入射角。師：對。那么如果兩種介質是酒精和水呢？請乙同學到前面來完成光路圖。 圖3 圖4學生乙順利完成兩圖。（二）進行新課1光密介質和光疏介質（1）給出光密介質和光疏介質概念。（2）讓學生指出圖1中的光密介質和光疏介質，再指出圖2中的光密介質和光疏介質。讓學生自己體會出一種介質是光密介質還是光疏介質其實是相對的。（3）（投影片出示填空題）光從光疏介質進入光密介質，折射角_入射角；光從光密介質進入光疏介質，折射角_入射角。（本題讓學生共同回答）2全反射（設置懸念，誘發疑問）師：在圖2和圖3中，折射角都是大于入射角的。設想，當入射角慢慢增大時，折射角會先增大到90，如果此時我們再增大入射角，會怎么樣呢？（這時可以讓學生自發議論幾分鐘）生甲：對著圖2說，可能折射到水中吧？。師：可能會出現圖5這種情況嗎？（其余學生有的點頭，有的猶疑）生乙：應該沒有了吧？生丙：最好做實驗看看。師：好，那就讓我們來做實驗看看。（1）出示實驗器材，介紹實驗。師：半圓形玻璃磚可以繞其中心o在豎直面內轉動如圖6所示，入射光方向不變始終正對o點入射。（2）請學生畫出圖7中光線到達界面時的反射和折射光路。學生丙畫出了圖8中的光路圖。教師點撥入射點a處曲面的法線是怎樣的？想一想法線的性質是什么？生：和界面垂直。師：如果界面是曲面呢？應和該處曲面的切面垂直，再啟發學生想想圓上每一點的切線和該點半徑的關系，學生悟出a處的法線就是oa. 進而畫出正確的光路圖如圖9。（3）讓學生畫出光線入射到界面時的反射光路和折射光路。（學生順利完成圖10）（4）觀察實驗師：現在我們來研究光入射到界面時所發生的反射和折射現象。轉動玻璃磚，讓光線在界面處的入射角漸增。問你們看到了什么現象？生甲：入射角增大，反射角和折射角都增大。生乙：反射光越來越亮，折射光越來越暗。繼續轉動玻璃磚，學生看到當折射角趨于90時，折射光線已經看不見了，只剩下反射光線。繼續轉動玻璃磚，增大入射角，都只有反射光線。（學生恍然大悟）師：什么結果？生：折射角達到90時，折射光線沒有了，只剩下反射光線。師：這種現象就叫全反射。3發生全反射的條件（1）臨界角c要求學生根據看到的現象歸納（學生討論思考）生甲：入射角要大于某一個值。師：對，我們把這“某一值”稱為臨界角，用字母c表示。重復實驗至折射角恰等于90時停止轉動玻璃磚。讓前面的學生讀出此時的入射角即臨界角c約為42左右。師：后面的學生看不見讀數，那我現在告訴你們這種玻璃的折射率n=1.5，請你們算出這種玻璃的臨界角。（學生覺得無從下手）教師啟發想想當入射角等于臨界角c時，折射角多大？學生領會，列出算式：=n師：這樣對嗎？錯在哪兒？生甲：光不是從空氣進入玻璃。師：對了。你們自己改正過來。學生列出正確計算式：=sinc=代入n算得結果與實驗基本相符。教師點明臨界角的計算公式：sinc=（2）發生全反射的條件師：毫無疑問，入射角大于等于臨界角是條件之一，還有其他條件嗎？生乙：光從玻璃進入空氣。師：可以概括為生：光從光密介質進入光疏介質。師：很好，記住，是兩個條件，缺一不可。投影例題教材74頁。師生一起分析解決問題。4全反射的應用全反射棱鏡和光導纖維（1）學生閱讀課本有關內容。（2）教師補充介紹有關光纖通信的現狀和前景。（3）演示課本光纖實驗，不過改用前面實驗中的激光束來做，效果很好。（4）輔助練習投影片如圖11表示光在光導纖維中的傳播情況，纖維為圓柱形，由內芯和涂層兩部分構成.內芯為玻璃，折射率為n0；涂層為塑料，折射率為n1，且n1n0.光從空氣射入纖維與軸線成角.光線在內芯側壁上發生多次全反射后至纖維的另一端射出。若內芯的折射率n0=1.5，涂層的折射率n1=1.2，求入射角最大不超過多少度光線才能在內芯壁上發生全反射。參考答案：64.16知道什么是光疏介質和光密介質，理解它們具有相對性.2.理解全反射現象，掌握臨界角的概念和全反射的條件.3.利用全反射條件，應用臨界角公式解答相關問題.4.了解全反射棱鏡和光導纖維 典例精析： 一、對全反射的理解和有關計算例1某種介質對空氣的折射率是，一束光從該介質射向空氣，入射角是60，則下列光路圖中正確的是(圖中為空氣，為介質)()解析由題意知，光由光密介質射向了光疏介質，由sinc得c45160，故此時光在兩介質的界面處會發生全反射，只有反射光線，沒有折射光線，故d選項正確答案d例2如圖4所示，一玻璃球體的半徑為r，o為球心，ab為直徑來自b點的光線bm在m點射出，出射光線平行于ab，另一光線bn恰好在n點發生全反射已知abm30，求：圖4(1)玻璃的折射率；(2)球心o到bn的距離解析(1)設光線bm在m點的入射角為1，折射角為2，由幾何知識可知，130，260，根據折射定律得n代入數據得n(2)光線bn恰好在n點發生全反射，則bno為臨界角csinc設球心到bn的距離為d，由幾何知識可知drsinc聯立式得dr答案(1)(2)r二、全反射的應用例3光導纖維的結構如圖5所示，其內芯和外套材料不同，光在內芯中傳播以下關于光導纖維的說法正確的是()圖5a內芯的折射率比外套的大，光傳播時在內芯與外套的界面上發生全反射b內芯的折射率比外套的小，光傳播時在內芯與外套的界面上發生全反射c內芯的折射率比外套的小，光傳播時在內芯與外套的界面上發生折射d內芯的折射率與外套的相同，外套的材料有韌性，可以起保護作用解析光導纖維很細，它的直徑只有幾微米到一百微米，它由內芯和外套兩層組成，內芯的折射率比外套的大，光傳播時在內芯與外套的界面上發生全反射答案a例4空氣中兩條光線a和b從方框左側入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖6所示方框內有兩個折射率n1.5的玻璃全反射棱鏡下圖給出了兩棱鏡的四種放置方式的示意圖其中能產生圖中效果的是()圖6解析四個選項產生光路效果如下圖：由上圖可知b項正確答案b課堂練習：1.(對全反射的理解)光從介質a射向介質b，如果要在a、b介質的分界面上發生全反射，那么必須滿足的條件是()aa是光密介質，b是光疏介質b光在介質a中的速度必須大于在介質b中的速度c光的入射角必須大于或等于臨界角d光的入射角必須小于臨界角答案ac2(全反射的應用)關于光導纖維的說法，正確的是()a光導纖維是由高級金屬制成的，所以它比普通電線容量大b光導纖維是非常細的特制玻璃絲，但導電性能特別好，所以它比普通電線衰減小c光導纖維是非常細的特制玻璃絲，由內芯和外套兩層組成，光纖是利用全反射原理來實現光的傳導的d在實際應用中，光導纖維必須呈筆直狀態，因為彎曲的光纖是不能導光的答案c解析光導纖維的作用是傳導光，它是直徑為幾微米到一百微米之間的特制玻璃絲，且由內芯和外套兩層組成，內芯的折射率比外套的大載有聲音、圖象及各種數字信號的激光傳播時，在內芯和外套的界面上發生全反射，光纖具有容量大、衰減小、抗干擾性強等優點在實際應用中，光纖是可以彎曲的3(全反射的有關計算)如圖7所示，水的折射率為n，水面上漂浮著一圓木板，圓木板中央插著一根大頭針，且在水中部分長為h.若從圓木板四周恰好看不到大頭針的頂尖p，則圓木板的面積是多少？圖7答案解析若從圓木板四周恰好看不到大頭針的頂尖p，則從p點發出的光線射到圓木板邊緣時恰好發生全反射，即在空氣中沒有出射光線，設圓木板半徑為r，同tanc，又由全反射公式得sinc，cosc.即tanc，則r.面積sr2.作業：題組一全反射現象及理解1以下哪些現象是由光的全反射造成的()a在岸上能看見水中的魚b夜晚，湖面上映出了岸上的彩燈c夏天，海面上出現的海市蜃樓d水中的氣泡看起來特別明亮e用光導纖維傳輸光信號答案de2下列說法正確的是()a因為水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介質b因為水的折射率小于酒精的折射率，所以水對酒精來說是光疏介質c同一束光，在光密介質中的傳播速度較大d同一束光，在光密介質中的傳播速度較小答案bd解析本題考查對光疏介質和光密介質的理解因為水的折射率小于酒精的折射率，所以水對酒精來說是光疏介質；由v可知，光在光密介質中的傳播速度較小3關于全反射，下列說法中正確的是()a發生全反射時，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認為不存在折射光線而只有反射光線b光線從光密介質射向光疏介質時，一定會發生全反射c光線從光疏介質射向光密介質時，不可能發生全反射d水或玻璃中的氣泡看起來特別亮，是因為一部分光從水或玻璃射向氣泡時，在界面發生了全反射答案cd解析光從光密介質射向光疏介質時，當入射角增大到某一角度后，折射光線完全消失，只剩下反射光線的現象叫全反射，故a、b錯誤，c正確；光從水或玻璃射向氣泡時，一部分光線在界面發生了全反射，即反射光增強，透射光減弱，就使氣泡看起來特別亮，d正確4光線從折射率為的介質中射向空氣，如果入射角為60，如圖所示光路可能的是()答案c解析根據sinc可求出臨界角為45，由于入射角大于臨界角，則必定發生全反射，因此只有反射光線而無折射光線5一束光從空氣射向折射率為n的某種玻璃的表面，如圖1所示，i表示入射角，r表示折射角，則()圖1a當i45時，會發生全反射現象b無論入射角i是多大，折射角r都不會超過45c欲使折射角r30，光線應以i45的角度入射d當tani時，反射光線跟入射光線恰好互相垂直答案bc解析光從空氣(光疏介質)向玻璃(光密介質)中射入時，無論i多大，都不會發生全反射現象；當i90時由n得sinr，即r45，當i變小時，r變小，即r45；當r30時，則sininsinr，所以i45；當tani時，由n知，r90i，則此時反射光線與折射光線互相垂直6如圖2所示，一束平行光從真空中垂直射向一塊半圓形的玻璃磚的平面界面，下列說法正確的是()圖2a只有圓心兩側一定范圍內的光線不能通過玻璃磚b只有圓心兩側一定范圍內的光線能通過玻璃磚c通過圓心的光線將沿直線穿過玻璃磚而不發生偏折d圓心兩側一定范圍外的光線將在曲面上產生全反射答案bcd解析垂直射向界面的光線不偏折，因而光束沿直線平行射到半圓面上，其中通過圓心的光線將沿直線穿過而不發生偏折，入射角為零由圓心向外的光線，在半圓面上進入真空時的入射角逐漸增大并趨近90角，折射角一定大于入射角，所以圓心兩側一定范圍外的光線將在半圓面上發生全反射題組二全反射的應用7下列選項為光線由空氣進入全反射玻璃棱鏡再由棱鏡射入空氣的光路圖可以發生的是()答案a解析光垂直等腰直角三角形的某直角邊射入玻璃棱鏡時，在斜邊發生全反射，故a正確8光導纖維由折射率為n1的材料制成內芯，在外層包上折射率為n2的外套，光線在內芯與外套的界面上發生全反射下列說法中正確的是()a內芯和外套的折射率應滿足n1n2b內芯和外套的折射率應滿足n1n2c從左端面入射的光線，其入射角必須大于某值，光才能被傳導d從左端面入射的光線，其入射角必須小于某值，光才能被傳導答案ad解析光導纖維內芯的折射率要大于外套的折射率，這樣才能使光線發生全反射，但在界面上要發生全反射還需要在界面上的入射角大于或等于臨界角，由幾何關系知，光線在左端面的入射角越大，在界面處的入射角就越小9自行車尾燈采用了全反射棱鏡的原理，它雖然本身不發光，但在夜間行駛時，從后面開來的汽車發出的強光照在自行車尾燈上，會有較強的光被反射回去，使汽車司機注意到前面有自行車尾燈由透明介質做成，其外形如圖3所示下列說法中正確的是()圖3a汽車燈光應從左面射過來，在尾燈的左表面發生全反射b汽車燈光應從左面射過來，在尾燈的右表面發生全反射c汽車燈光應從右面射過來，在尾燈的右表面發生全反射d汽車燈光應從右面射過來，在尾燈的左表面發生全反射答案b10.某同學用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率開始玻璃磚的位置如圖4中實線所示，使大頭針p1、p2與圓心o在同一直線上，該直線垂直于玻璃磚的直徑邊，然后使玻璃磚繞圓心o緩慢轉動，同時在玻璃磚的直徑邊一側觀察p1、p2的像，且使p2的像擋住p1的像當玻璃磚轉到圖中虛線位置時，上述現象恰好消失此時只須測量出_，即可計算出玻璃磚的折射率請用你測量的量表示出折射率n_.圖4答案玻璃磚直徑邊繞o點轉過的角度解析若半圓形玻璃磚轉過角時在半圓形玻璃磚直徑邊一側恰好看不到p1、p2的像，那么此時恰好發生了全反射如圖所示，過p1、p2的光線在玻璃磚內的入射角為，在空氣中折射角