9/9第3節光的全反射核心素養導學物理觀念(1)光疏介質和光密介質,全反射和臨界角。(2)光導纖維。科學思維學會判斷是否發生全反射的方法,并能畫出光路圖分析和計算相關問題。科學態度與責任認識全反射在生產及科學技術等方面的應用。一、全反射現象發生全反射的條件1.光疏介質和光密介質:對于折射率不同的兩種介質,我們把折射率的稱為光疏介質,折射率的稱為光密介質。光疏介質和光密介質是的。

2.全反射(1)定義:光從光密介質射到光疏介質的界面時,被反射回原介質中傳播的現象叫作全反射。

(2)發生全反射的條件①光線從介質射入介質;

②入射角必須臨界角。

(3)臨界角C和折射率n的關系式sinC=。

[微點撥](1)不同顏色的光由同一介質射向空氣或真空時,頻率越高的光的臨界角越小,越容易發生全反射。(2)相對于相同兩種介質的界面,紫光的臨界角最小、紅光的臨界角最大。二、全反射的應用——光導纖維1.原理:利用了光的。

2.構造:光導纖維是非常細的特制玻璃絲,分內外兩層。內層玻璃的折射率比外層玻璃的,光傳播時在兩層玻璃的界面上發生。

3.主要優點:容量大、衰減小、抗干擾能力強、傳輸質量高等。1.圖甲中荷葉上晶瑩透亮的小水珠、圖乙中水里的小氣泡、圖丙中玻璃玩具里的小氣泡看上去格外明亮,這種現象屬于光的全反射現象,試判斷甲、乙、丙三圖中光疏介質和光密介質。圖例光疏介質光密介質甲水乙氣泡中的空氣丙氣泡中的空氣2.如圖,內層玻璃的折射率為n1,外層玻璃的折射率為n2。(1)光線在內層玻璃和外層玻璃的界面上發生了什么現象?(2)n1和n2的大小存在什么關系?新知學習(一)|對全反射現象的理解[任務驅動]如圖,讓一束光沿著半圓形玻璃磚的半徑射向玻璃磚,在底面上光發生反射和折射,逐漸增大入射角,為什么折射光線消失,只有反射光線?[重點釋解]1.對光疏介質和光密介質的理解(1)光疏介質和光密介質的比較光的傳播速度折射率光疏介質大小光密介質小大(2)相對性:光疏介質、光密介質是相對的,任何兩種透明介質都可以通過比較光在其中傳播速度的大小或折射率的大小來判斷誰是光疏介質或光密介質。(3)光疏和光密是從介質的光學特性來說的,與它的密度大小無關。例如,酒精的密度比水小,但酒精和水相比酒精是光密介質。2.全反射現象(1)全反射的條件①光由光密介質射向光疏介質。②入射角等于或大于臨界角。(2)全反射遵循的規律:發生全反射時,光全部返回原介質,入射光與反射光遵循光的反射定律,由于不存在折射光線,光的折射定律不再適用。[典例體驗][典例](2024·山東高考)某光學組件橫截面如圖所示,半圓形玻璃磚圓心為O點,半徑為R;直角三棱鏡FG邊的延長線過O點,EG邊平行于AB邊且長度等于R,∠FEG=30°。橫截面所在平面內,單色光線以θ角入射到EF邊發生折射,折射光線垂直EG邊射出。已知玻璃磚和三棱鏡對該單色光的折射率均為1.5。(1)求sinθ;(2)以θ角入射的單色光線,若第一次到達半圓弧AMB可以發生全反射,求光線在EF上入射點D(圖中未標出)到E點距離的范圍。嘗試解答:/方法技巧/解決全反射問題的思路(1)確定光是由光疏介質進入光密介質還是由光密介質進入光疏介質。(2)若由光密介質進入光疏介質時,則根據sinC=1n確定臨界角,(3)根據題設條件,畫出入射角等于臨界角的“臨界光路”。(4)運用幾何關系、三角函數關系、反射定律等進行判斷推理,進行動態分析或定量計算。[針對訓練]1.(2024·海南高考)一正三角形OPQ玻璃磚,某束光線垂直于OP射入,恰好在PQ界面發生全反射,則玻璃磚的折射率()A.2 B.3 C.233 D2.某種材料制成的半圓形透明磚平放在方格紙上,將激光束垂直于AC面射入,可以看到光束從圓弧面ABC出射,沿AC方向緩慢平移該磚,在如圖所示位置時,出射光束恰好消失,該材料的折射率為()A.1.2 B.1.4 C.1.6 D.1.83.(多選)一位潛水愛好者在水下活動時,利用激光器向岸上救援人員發射激光信號,設激光光束與水面的夾角為α,如圖所示。他發現只有當α大于41°時,岸上救援人員才能收到他發出的激光光束,下列說法正確的是()A.水的折射率為1B.水的折射率為1C.當他以α=60°向水面發射激光時,岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角小于60°D.當他以α=60°向水面發射激光時,岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角大于60°新知學習(二)|全反射的兩種應用[任務驅動]如圖所示,自行車的尾燈雖然本身不發光,但在夜間騎行時,從后面開來的汽車發出的強光照到尾燈后,會有較強的光被反射回去,用以警示后面車上的司機,請思考該現象是什么原理?[重點釋解]1.全反射棱鏡:全反射棱鏡利用光的全反射改變光的方向,如圖所示(甲圖中光的方向改變90°,乙圖中光的方向改變180°),由sinC=1n和C≤45°知,n≥22.光導纖維:設光導纖維的折射率為n,當入射光線的入射角為i時,進入端面的折射光線傳到側面時恰好發生全反射,如圖丙所示。則有:sinC=1n,n=sinisinr,C+r=90°,由以上各式可得sini=n2-1。由圖可知:當i增大時,r增大,而從纖維射向空氣中的光線的入射角θ減小。當i=90°時,若θ=C,則所有進入纖維中的光線都能發生全反射,即有sin90°=n2-1[典例體驗][典例]如圖,長方體玻璃磚的橫截面為矩形MNPQ,MN=2NP,其折射率為2。一束單色光在紙面內以α=45°的入射角從空氣射向MQ邊的中點O,則該束單色光()A.在MQ邊的折射角為60°B.在MN邊的入射角為45°C.不能從MN邊射出D.不能從NP邊射出聽課記錄:[針對訓練]1.一束復色光從空氣射入光導纖維后分成a、b兩束單色光,光路如圖所示,比較內芯中的a、b兩束光,a光的()A.頻率小,發生全反射的臨界角小B.頻率大,發生全反射的臨界角小C.頻率小,發生全反射的臨界角大D.頻率大,發生全反射的臨界角大2.(2024年1月·廣西高考適應性演練)光學反射棱鏡被廣泛應用于攝像、校準等領域,其中一種棱鏡的截面如圖,eh邊為鍍膜反射面,ef=eh,fg=gh,∠e=60°,∠g=120°,棱鏡的折射率為3,光在真空中的傳播速度為3.0×108m/s,若細光束從O點以60°的入射角從真空射入棱鏡,求:(1)光在上述棱鏡中傳播速度的大小;(2)光束從棱鏡中射出的折射角,并完成光路圖。一、好素材分享——看其他教材如何落實核心素養?物理觀念——美麗的彩虹1.(選自魯科版教材“物理聊吧”)美妙的彩虹,常引發人們產生美好的聯想,被比喻為“天空的微笑”“相會的彩橋”等。通常能看見的彩虹是紅色在外、紫色在內,這被稱為“虹”。有時還能看見一組相對“虹”而言顏色較淡的彩色圓弧,紅色在內、紫色在外,這被稱為“霓”(如圖)。根據下圖,與同學討論交流:(1)虹與霓的形成除了有光的折射外,還經歷了什么過程?(2)我們看到的虹比霓亮得多,你能說出其中的道理嗎??科學思維——光在半圓形玻璃磚中的全反射2.(選自魯科版教材課后練習)如圖所示,一塊半圓形玻璃磚,其橫截面是半徑為R的半圓,AB為半圓的直徑,O為圓心。玻璃的折射率n=2。(1)平行光垂直射向玻璃磚的下表面。若光到達上表面后,都能從上表面射出,則入射光束在AB上的最大寬度為多少?(2)一束光在點O左側與O相距32R處垂直于AB從下方入射,求此光從二、新題目精選——品立意深處所蘊含的核心價值1.(多選)在光纖制造過程中,由于拉伸速度不均勻,會使得拉出的光纖不是均勻的圓柱體,而呈現圓臺形狀(如圖所示)。已知此光纖長度為L,圓臺對應底角為θ,折射率為n,真空中的光速為c。現光從下方垂直射入下臺面,則()A.光從真空射入光纖,光的頻率不變B.光通過此光纖到達小截面的最短時間為LC.從上臺面射出的光束一定是平行光D.若滿足sinθ>1n,2.將兩塊半徑均為R、完全相同的透明半圓柱體A、B正對放置,圓心上下錯開一定距離,如圖所示。用一束單色光沿半徑照射半圓柱體A,設圓心處入射角為θ。當θ=60°時,A右側恰好無光線射出;當θ=30°時,有光線沿B的半徑射出,射出位置與A的圓心相比下移h。不考慮多次反射。求:(1)半圓柱體對該單色光的折射率;(2)兩個半圓柱體之間的距離d。第3節光的全反射落實必備知識[預讀教材]一、1.較小較大相對2.(1)全部(2)①光密光疏②等于或大于(3)1二、1.全反射2.大全反射[情境創設]1.空氣水玻璃2.提示:(1)發生了光的全反射現象。(2)n1>n2。強化關鍵能力新知學習(一)[任務驅動]提示:因為入射角大于或等于臨界角,發生了全反射現象。[典例]解析:(1)由題意設光在三棱鏡中的折射角為α,則根據折射定律有n=sin由于折射光線垂直EG邊射出,根據幾何關系可知α=∠FEG=30°代入數據解得sinθ=0.75。(2)根據題意作出單色光第一次到達半圓弧AMB恰好發生全反射的光路圖如圖則根據幾何關系可知,FE上從P點到E點以θ角入射的單色光線第一次到達半圓弧AMB都可以發生全反射,根據全反射臨界角公式有sinC=1設P點到FG的距離為l,則根據幾何關系有l=RsinC又因為xPE=R-lcos30°,聯立解得xPE所以光線在EF上的入射點D到E點的距離范圍為0,2答案:(1)0.75(2)0,[針對訓練]1.選C光路圖如圖所示,根據幾何關系可知,光線在PQ界面的入射角為C=60°,根據全反射的臨界條件可得sinC=1n,解得n=2332.選A畫出激光束從玻璃磚射出時恰好發生全反射的入射角,如圖所示。由全反射的條件得sinθ=1n,由幾何關系知sinθ=56,聯立解得n=1.2,故A正確,B、C、3.選BC只有當α大于41°時,岸上救援人員才能收到潛水員發出的激光光束,則說明α=41°時激光恰好發生全反射,則sin(90°-41°)=1n,解得n=1sin49°,A錯誤,B正確;當潛水員以α=60°向水面發射激光時,入射角i1=30°,則根據折射定律有nsini1=sini2,折射角i2大于30°,則岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角小于60°,C正確新知學習(二)[任務驅動]提示:光的全反射原理。[典例]選C光線從O點入射,設折射角為β,由折射定律得sinα=nsinβ,解得β=30°,即在MQ邊的折射角為30°,故A錯誤;設邊長NP=l,則MN=2l,作出折射后的光路圖如圖所示,由幾何關系可知光在MN邊的入射角為60°,故B錯誤;光從光密介質射入光疏介質發生全反射的臨界角設為θ,有sinθ=1n=22,即θ=45°,而MN邊的入射角為60°>45°,故光在MN邊發生全反射,即不能從MN邊射出,故C正確;根據幾何關系可知光在A點發生全反射后到達NP邊的B點,根據光的折射的可逆性可知,光從NP邊的B點折射后的折射角為45°,故[針對訓練]1.選C由光路圖可知a光的偏折程度沒有b光的大,因此a光的折射率小,頻率小,由sinC=1n可知折射率越小發生全反射的臨界角越大,故C2.解析:(1)由n=cv,可得光在棱鏡中傳播速度的大小為v=cn=3.0×1083m/s=3(2)作出光路圖如圖所示由光的折射定律n=sinθ其中θ1=60°,解得θ2=30°,由幾何知識可知θ3=60°,根據sinC=1n可得臨界角滿足30°<C<45°故光束在O1處發生全反射,根據幾何關系可知,光束垂直射到eh邊,根據光路的可逆性,則光束沿著原路返回,故光束在O處發生折射,根據折射定律,光束從棱鏡中射出的折射角為60°。答案:(1)3×108m/s(2)60°見解析圖浸潤學科素養和核心價值一、1.提示:(1)還經歷了全反射過程。(2)虹在形成過程中,太陽光在水珠中經歷了一次全反射,而霓在形成過程中,太陽光在水珠中經歷了兩次反射,光能量有較大損耗。2.解析:(1)由sinC=1n可得臨界角C設入射光束在AB上的最大寬度為d則由sinC=d2R,可得:d=2(2)入射光在點O左側與O相距32R處垂直于AB從下方入射,設在玻璃磚上表面的入射角為α,由sinα=32RR可知,所以入射光在玻璃上表面發生全反射,作出光路圖如圖所示,由對稱性可知,此光經過三次全反射后最終垂直于AB在AB面射出,出射點位置在O點右側32R答案:(1)2R(2)O點右側32R二、1.選AD光的頻率由光源決定,與介質無關,所以光從真空射入光纖,光的頻率不變,A正確。光通過此光纖到達小截面的最短距離為L,光在光纖