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主题3光及其应用2全反射学科素养与目标要求物理观念：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.了解全反射棱镜和光导纤维.科学思维：利用全反射条件，应用临界角公式解答相关问题.科学探究：采用实验观察、猜想、验证、归纳的方法得出全反射现象的发生条件、临界角概念等.NEIRONGSUOYIN内容索引自主预习预习新知夯实基础重点探究启迪思维探究重点达标检测检测评价达标过关课时对点练注重双基强化落实自主预习一、全反射1.光疏介质和光密介质(1)光疏介质：折射率较(填“大”或“小”)的介质.(2)光密介质：折射率较(填“大”或“小”)的介质.(3)光疏介质与光密介质是(填“相对”或“绝对”)的.2.全反射现象(1)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，光线完全消失，只剩下光线的现象.小大相对折射反射(2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于时的入射角.用字母C表示，光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sinC＝___.(3)全反射发生的条件①光从介质射入介质.②入射角临界角.1n90°光密光疏等于或大于二、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(1)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.(2)反射面不必涂敷任何反光物质，反射时失真.等腰直角全反射小三、光导纤维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，光传播时在内芯与外套的界面上发生.3.光纤通信的优点是容量、衰减、抗干扰性强等.4.光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等.全反射全反射大小大即学即用1.判断下列说法的正误.(1)入射角大于临界角就会发生全反射现象.()(2)光密介质是指密度大的介质.()(3)制作全反射棱镜的材料的折射率一定大于.()(4)光在光导纤维中的传播速度小于真空中的光速c.()×2××√2.一束光从某介质进入真空，方向如图1所示，则该介质的折射率为________；逐渐增大入射角，光线将______(填“能”或“不能”)发生全反射；若使光发生全反射，应使光从______射入_______，且入射角大于等于____.图12能介质真空45°重点探究一、全反射当光从水中射向与玻璃的交界面时，只要入射角足够大就会发生全反射，这种说法正确吗？为什么？答案不正确.要发生全反射必须是光从光密介质射向光疏介质.而水相对玻璃是光疏介质，所以不管入射角多大都不可能发生全反射.导学探究1.全反射现象(1)全反射的条件：①光由光密介质射入光疏介质.②入射角大于或等于临界角.(2)全反射遵循的规律：①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.②全反射的临界角C和折射率n的关系：sinC＝.(3)从能量角度来理解全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大.同时折射光线强度减弱，能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光线的能量等于入射光线的能量.知识深化1n2.不同色光的临界角：由于不同颜色(频率不同)的光在同一介质中的折射率不同.频率越大的光，折射率也越大，所以不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越大的光的临界角越小，越易发生全反射.例1某种介质对空气的折射率是，一束光从该介质射向空气，入射角是60°，则下列光路图中正确的是(图中Ⅰ为空气，Ⅱ为介质)2√解析由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sinC＝1n＝22，得C＝45°＜θ＝60°，故在两介质的界面上会发生全反射，只有反射光线，没有折射光线，故选项D正确.二、全反射棱镜如图所示，已知玻璃的折射率为1.5，甲图中当光线垂直BC面入射时，光线到达AC面的入射角是多少？能否发生全反射？乙图中当光线垂直AC面入射时，光线到达AB面的入射角是多少？能否发生全反射？导学探究答案45°能发生全反射45°能发生全反射全反射棱镜改变光路的几种情况知识深化入射方式项目方式一方式二方式三光路图入射面ABACAB全反射面ACAB、BCAC光线方向改变角度90°180°0°(发生侧移)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2所示.方框内有两个折射率n＝1.5的全反射玻璃棱镜.下列选项给出了两棱镜的四种放置方式的示意图.其中能产生图中效果的是√图2三、光导纤维如图所示是光导纤维的结构示意图，其内芯和外套由两种光学性能不同的介质构成.构成内芯和外套的两种介质，哪个折射率大？为什么？导学探究答案内芯的折射率大.因为当内芯的折射率大于外套的折射率时，光在传播时能发生全反射，光线经过多次全反射后能从一端传到另一端.1.构造及传播原理(1)构造：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有几微米到一百微米，如图3所示，它是由内芯和外套两层组成的，内芯的折射率大于外套的折射率知识深化图3(2)传播原理：光由一端进入，在两层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，进而变为声音、图像.2.光导纤维的折射率设光导纤维的折射率为n，当入射角为θ1时，进入光导纤维的光线传到侧面恰好发生全反射，则有：sinC＝1n，n＝sinθ1sinθ2，C＋θ2＝90°，由以上各式可得：sinθ1＝n2－1.由图4可知：当θ1增大时，θ2增大，由光导纤维射向空气的光线的入射角θ减小，当θ1＝90°时，若θ＝C，则所有进入光导纤维中的光线都能发生全反射，即解得n＝.2图4以上是光从光导纤维射向真空时得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比2大些.例3如图5所示，AB为一直光导纤维，A、B之间距离为s，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射，由A点传输到B点所用时间为t，求光导纤维所用材料的折射率n.(已知光在真空中的传播速度为c)图5答案cts[学科素养]例3是全反射知识的应用，注意挖掘题目中隐含条件，“恰好”“刚好”暗含的条件是入射角等于临界角.本题意在考查学生灵活运用相关知识解决实际问题的能力，体现了“科学思维”的学科素养.四、全反射的应用解决全反射问题的思路(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)若光由介质进入空气(真空)时，则根据sinC＝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、运算及变换并进行动态分析或定量计算.1n例4一厚度为h的玻璃板水平放置，其下表面贴有一半径为r的圆形发光面.在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上.已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求玻璃板的折射率.答案1＋hR－r2达标检测A.假若三条光线中只有一条在O点发生了全反射，那一定是aO光线B.假若光线bO能发生全反射，那么光线cO一定能发生全反射C.假若光线bO能发生全反射，那么光线aO一定能发生全反射D.假若光线aO恰能发生全反射，那么光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度大√√12341.(对全反射的理解)(多选)如图6所示，半圆形玻璃砖放在空气中，三条同一颜色、强度相同的光线，均由空气沿半圆半径方向射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置.下列说法正确的是图6√2.(全反射棱镜)自行车上的红色尾灯不仅是装饰品，也是夜间骑车的安全指示灯，它能把来自后面的光线反射回去.某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角棱镜(折射率n)组成，棱镜的横截面如图7所示.一平行于横截面的光线从O点垂直AB边射入棱镜，先后经过AC和CB边反射后，从AB边的O′点射出，则出射光线是A.平行于AC边的光线①B.平行于入射光线的光线②C.平行于CB边的光线③D.沿AB边的光线④图71234√23.(光导纤维)如图8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L，它的玻璃芯的折射率为n1，外层材料的折射率为n2.若光在空气中的传播速度近似为c，则对于光由它的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1234图8A.n1n2，光通过光缆的时间等于n1LcB.n1n2，光通过光缆的时间大于n1LcC.n1n2，光通过光缆的时间等于n1LcD.n1n2，光通过光缆的时间大于n1Lc√4.(全反射的应用)如图9所示的圆柱形容器中盛满折射率n＝2的某种透明液体，容器底部安装一块平面镜，容器直径L＝2H，在圆心正上方高度h处有一点光源S，要使人从液体表面上任意位置处能够观察到点光源S发出的光，h应该满足什么条件？1234图9答案Hh≥(3－1)H课时对点练一、选择题考点一对全反射的理解1.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√12345678910111213解析发生全反射时折射光线消失，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.2.(多选)酷热的夏天，在平坦的柏油公路上你会看到在一定的距离之外，地面显得格外的明亮，仿佛是一片水面，似乎还能看到远处车、人的倒影.但当你靠近“水面”时，它也随你的靠近而后退，对此现象的正确解释是A.同海市蜃楼的光学现象具有相同的原理，是由于光的全反射作用造成的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，折射率大，发生全反射D.太阳辐射到地面，使地面温度升高，折射率小，发生全反射12345678910111213√√3.(多选)(2018·厦门一中高二下学期期中)夏天，海面上的下层空气的温度比上层低.我们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，远处的景物发出的光线由于不断被折射，越来越偏离原来的方向，以至发生全反射.人们逆着光线看去就出现了蜃景，如图1所示，下列说法中正确的是A.海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要小B.海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要大C.A是蜃景，B是景物D.B是蜃景，A是景物12345678910111213图1√√4.(多选)如图2所示，ABCD是两面平行的透明玻璃砖，AB面和CD面是玻璃和空气的分界面，分别设为界面Ⅰ和界面Ⅱ.光线从界面Ⅰ射入玻璃砖，再从界面Ⅱ射出，回到空气中，如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角，则12345678910111213A.只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象B.只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象C.不管入射角多大，光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象D.不管入射角多大，光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象图2√√5.(2018·北京101中学高二下学期期中)如图所示，将一个半圆形玻璃砖置于空气中，当一束单色光入射到玻璃砖的圆心O时，下列情况不可能发生的是12345678910111213解析当光由空气射入半圆形玻璃砖时，折射角应小于入射角，所以A可能发生，B不可能发生；当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角小于临界角，既有反射又有折射，折射角大于入射角，C是可能发生的；当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角大于或等于临界角，会发生全反射，光线就不能进入空气，D可能发生.√考点二全反射棱镜6.自行车尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间行驶时，从后面开来的汽车发出的强光照在自行车尾灯上，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.尾灯由透明介质做成，其外形如图3所示.下列说法中正确的是123