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2全反射课前预习导学目标导航学习目标重点难点1.能正确区分光疏介质和光密介质。2.能正确理解全反射、临界角的概念。3.能用全反射的条件计算有关问题和解释相关现象。4.知道光导纤维的工作原理及在生产、生活中的应用。重点:全反射条件的应用。难点:对临界角的理解。预习导引一、全反射1.不同介质的折射率不同,我们把折射率较小的介质称为光疏介质,折射率较大的介质称为光密介质。2.全反射及临界角的概念(1)全反射:光从光密介质射入光疏介质时,若入射角增大到某一角度,折射光线就会完全消失,只剩下反射光线的现象。(2)临界角:刚好发生全反射即折射角等于90°时的入射角,用字母C表示,则sinC=1n。3.全反射的条件要发生全反射,必须同时具备两个条件:(1)光从光密介质射入光疏介质。(2)入射角大于等于临界角。预习交流1玻璃或水中的气泡为什么看起来格外亮?答案:是因为光从玻璃或水入射到气泡表面时发生了全反射。二、全反射棱镜1.全反射棱镜的截面是等腰直角三角形,当光垂直于直角边射向棱镜时,光的传播方向改变了90°角,当光垂直于斜边射向棱镜时,光的传播方向改变了180°角。2.光导纤维及其应用(1)光导纤维对光的传导原理:利用了光的全反射。(2)光导纤维的构造:光导纤维是非常细的特制玻璃丝,直径从几微米到一百微米,由内芯和外套两层组成。内芯的折射率比外套的折射率大,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。(3)光导纤维的应用——光纤通信光纤通信的主要优点是容量大,此外光纤传输还有衰减少、抗干扰性强等多方面的优点。预习交流2光导纤维有哪些应用?答案:光纤通信、内窥镜、光纤照明等。课堂合作探究问题导学一、全反射活动与探究11.为什么说光疏介质和光密介质是相对的?答案:折射率较小的介质称为光疏介质,折射率大小是相对的,例如水、水晶和金刚石三种物质相比较,水晶对水来说是光密介质,对金刚石来说是光疏介质。2.光密介质与介质密度大小有没有关系,为什么?答案:光密介质与介质密度大小没有必然联系,例如酒精对水来说,酒精是光密介质,但酒精的密度却小于水的密度。迁移与应用1一束单色光由左侧射入注满清水的薄壁圆柱形玻璃杯,如图为过轴线的截面图,调整入射角α,使光线恰好在水和空气的界面上发生全反射。已知水的折射率为43,求sinα的值。答案:73解析:当光线在水面发生全反射时有sinC=1n,当光线从左侧射入时,由折射定律有𝑠𝑖𝑛α𝑠𝑖𝑛(𝜋2-C)=n,联立这两式,代入数据可得sinα=73。1.由折射定律知,光由光疏介质射入光密介质,折射角小于入射角;光由光密介质射入光疏介质,折射角大于入射角,所以全反射只有光由光密介质射入光疏介质时才可能发生。2.公式sinC=1n只适用于光由介质射向真空(或空气)时的临界角计算,即C为介质对真空(或空气)的临界角。3.从能量角度来看,光在两种介质的界面上发生反射和折射时,若不计介质的吸收,入射光能量会分成反射和折射两部分,其中反射光能量随着入射角的增大而增强,折射光能量则随着入射角的减小而增强,当发生全反射时,折射光能量等于零。二、全反射的应用活动与探究21.观察课本中的演示实验,思考反射光线和折射光线是如何变化的?答案:入射角增大时,反射光线和折射光线离法线越来越远,反射光越来越强,折射光越来越弱,直到折射光消失,反射光的强度就不再发生变化了。2.如何计算折射率为n的介质在空气(真空)中发生全反射时的临界角C?答案:恰好发生全反射时,可认为在空气中的折射角为90°,依据光路可逆的道理,可列式子n=𝑠𝑖𝑛90°𝑠𝑖𝑛C,即sinC=1n。可见,介质折射率越大,临界角越小。迁移与应用2如图所示,一根长为L的直光导纤维,它的折射率为n。光从它的一个端面射入,又从另一端面射出所需的最长时间为多少?(设光在真空中的光速为c)答案:n2Lc解析:由题中的已知条件可知,要使光线从光导纤维的一端射入,然后从它的另一端全部射出,必须使光线在光导纤维中发生全反射现象。要使光线在光导纤维中经历的时间最长,就必须使光线的路径最长,即光对光导纤维的入射角最小。光导纤维的临界角为C=arcsin1n。光在光导纤维中传播的路程为d=L𝑠𝑖𝑛C=nL。光在光导纤维中传播的速度为v=cn。所需最长时间为tmax=dv=nLcn=𝑛2Lc。解答全反射问题的思路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.若由光密介质进入光疏介质时,则根据sinC=1n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。当堂检测1.下列说法正确的是()A.因为水的密度大于酒精的密度,所以水是光密介质B.因为水的折射率小于酒精的折射率,所以水对酒精来说是光疏介质C.同一束光,在光密介质中的传播速度较大D.同一束光,在光密介质中的传播速度较小答案:BD解析:因为水的折射率为1.33,酒精的折射率为1.36,所以水对酒精来说是光疏介质;由v=cn可知,光在光密介质中的速度较小。2.关于全反射,下列叙述中正确的是()A.发生全反射时仍有折射光线,只是折射光线非常弱B.光从光密介质射向光疏介质时,一定会发生全反射现象C.光从光密介质射向光疏介质时,可能不发生全反射现象D.光从光疏介质射向光密介质时,可能发生全反射现象答案:C解析:发生全反射时折射光线的能量为零,折射光线消失,所以选项A错误;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,二者缺一不可,所以选项B、D错误。选项C正确。3.如图所示,光线由空气射入半圆形玻璃砖,或由玻璃砖射入空气的光路图中,正确的是(玻璃的折射率为1.5)()A.图乙、丁B.图甲、丁C.图乙、丙D.图甲、丙答案:A解析:光线由空气进入玻璃砖中时,入射角大于折射角,由玻璃砖射入空气时,入射角小于折射角,由临界角计算公式得:C=arcsin1n=arcsin11.5=41°49',入射角50°大于临界角,将发生全反射。4.如图为一直角棱镜的横截面,∠BAC=90°,∠ABC=60°。一平行细光束从O点沿垂直于BC面的方向射入棱镜。已知棱镜材料的折射率n=2,若不考虑入射光线在BC面上的反射光,则有光线()A.从AB面射出B.从AC面射出C.从BC面射出,且与BC面斜交D.从BC面射出,且与BC面垂直答案:BD解析:由n=2知,sinC=1n=22,故临界角为45°,当光由BC面射入,到AB界面上时,由几何关系知入射角为60°,所以必发生全反射,反射至AC界面时入射角为30°,所以光既从AC面出射,又反射,从AC面反射的光刚好垂直BC面出射。所以有光线从AC面和BC面射出,且从BC面射出的光线与BC面垂直,选项B、D正确。5.在完全透明的水下某深处,放一点光源,在水面上可见到一个圆形透光平面,如果透光圆面的半径正在匀速增大,如图所示,则光源正在()A.匀加速上升B.匀加速下沉C.匀速上升D.匀速下沉答案:D解析:因为发生全反射,所以圆形透光半径r=dtanC,因为r是匀速变大,所以d也是匀速变大的,故光源是在匀速下沉,所以选项D正确。