第2節(jié)全反射(賦能課精細(xì)培優(yōu)科學(xué)思維)課標(biāo)要求學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道光的全反射及其產(chǎn)生的條件。2.初步了解光纖的工作原理、光纖技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。1.知道光疏介質(zhì)和光密介質(zhì),理解它們的相對(duì)性。2.知道光的全反射,會(huì)利用全反射解釋有關(guān)現(xiàn)象。3.理解臨界角的概念,能判斷是否發(fā)生全反射并能畫(huà)出相應(yīng)的光路圖。4.了解全反射棱鏡和光導(dǎo)纖維。一、全反射1.光疏介質(zhì)和光密介質(zhì):對(duì)于折射率不同的兩種介質(zhì),我們把折射率的稱為光疏介質(zhì),折射率的稱為光密介質(zhì)。光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是的。

2.全反射(1)定義:當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí),同時(shí)發(fā)生折射和,當(dāng)入射角增大到某一角度,使折射角達(dá)到時(shí),折射光,只剩下反射光,這種現(xiàn)象叫作全反射,這時(shí)的入射角叫作。

(2)發(fā)生全反射的條件①光線從介質(zhì)射入介質(zhì);②入射角臨界角。

(3)臨界角C和折射率n的關(guān)系式:sinC=。

[微點(diǎn)撥](1)不同顏色的光由同一介質(zhì)射向空氣或真空時(shí),頻率越高的光的臨界角越小,越容易發(fā)生全反射。(2)相對(duì)于相同兩種介質(zhì)的界面,紫光的臨界角最小、紅光的臨界角最大。[情境思考]圖甲中水里的小氣泡、圖乙中玻璃玩具里的小氣泡,看上去都格外明亮,這種現(xiàn)象屬于光的全反射現(xiàn)象。(1)在圖甲中光密介質(zhì)是什么?(2)在圖乙中光密介質(zhì)是什么?二、全反射棱鏡光導(dǎo)纖維1.全反射棱鏡(1)形狀:截面為三角形的玻璃棱鏡。

(2)光學(xué)特征a.當(dāng)光垂直于截面的直角邊射入棱鏡時(shí),光在截面的斜邊上發(fā)生,光射出棱鏡時(shí),傳播方向改變了。

b.當(dāng)光垂直于截面的斜邊射入棱鏡時(shí),在兩個(gè)直角邊上各發(fā)生一次,使光的傳播方向改變了。

2.光導(dǎo)纖維(1)原理:利用了光的。

(2)構(gòu)造:光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲,由內(nèi)芯和外套兩層組成。內(nèi)芯的折射率比外套的,光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生。

(3)主要優(yōu)點(diǎn):傳輸容量大、衰減小、抗干擾性及保密性強(qiáng)等。[情境思考]如圖,內(nèi)芯的折射率為n1,外套的折射率為n2。(1)光線在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生了什么現(xiàn)象?(2)n1和n2的大小存在什么關(guān)系?強(qiáng)化點(diǎn)(一)對(duì)全反射現(xiàn)象的理解任務(wù)驅(qū)動(dòng)如圖所示,在潛水員看來(lái),岸上的所有景物都出現(xiàn)在一個(gè)倒立的圓錐里,為什么?[要點(diǎn)釋解明]1.對(duì)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解(1)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的比較光的傳播速度折射率光疏介質(zhì)大小光密介質(zhì)小大(2)相對(duì)性:光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是相對(duì)的,任何兩種透明介質(zhì)都可以通過(guò)比較光在其中傳播速度的大小或折射率的大小來(lái)判斷誰(shuí)是光疏介質(zhì)或光密介質(zhì)。(3)光疏和光密是從介質(zhì)的光學(xué)特性來(lái)說(shuō)的,與它的密度大小無(wú)關(guān)。例如,酒精的密度比水小,但酒精和水相比酒精是光密介質(zhì)。2.全反射現(xiàn)象(1)全反射的條件①光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。②入射角大于或等于臨界角。(2)全反射遵循的規(guī)律:發(fā)生全反射時(shí),光全部返回原介質(zhì),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](2024·山東高考)某光學(xué)組件橫截面如圖所示,半圓形玻璃磚圓心為O點(diǎn),半徑為R;直角三棱鏡FG邊的延長(zhǎng)線過(guò)O點(diǎn),EG邊平行于AB邊且長(zhǎng)度等于R,∠FEG=30°。橫截面所在平面內(nèi),單色光線以θ角入射到EF邊發(fā)生折射,折射光線垂直EG邊射出。已知玻璃磚和三棱鏡對(duì)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(dá)半圓弧AMB可以發(fā)生全反射,求光線在EF上入射點(diǎn)D(圖中未標(biāo)出)到E點(diǎn)距離的范圍。嘗試解答:[思維建模]解決全反射問(wèn)題的思路(1)確定光是由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)還是由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)。(2)若由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì),則根據(jù)sinC=1n確定臨界角,(3)根據(jù)題設(shè)條件,畫(huà)出入射角等于臨界角的“臨界光路”。(4)運(yùn)用幾何關(guān)系、三角函數(shù)關(guān)系、反射定律等進(jìn)行判斷推理,進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析或定量計(jì)算。[題點(diǎn)全練清]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(fā)生全反射,則玻璃磚的折射率為()A.2 B.3C.233 D2.用下面的方法可以測(cè)量液體的折射率:取一個(gè)半徑為r的軟木塞,在它的圓心處插上一枚大頭針,讓軟木塞浮在液面上(如圖)。調(diào)整大頭針插入軟木塞的深度,使它露在外面的長(zhǎng)度為h。這時(shí)從液面上方的各個(gè)方向向液體中看,恰好看不到大頭針。利用測(cè)得的數(shù)據(jù)r和h即可求出液體的折射率n。(1)寫出用r和h求折射率的計(jì)算式;(2)用這種方法測(cè)某種液體的折射率時(shí),測(cè)得r=4cm,h=3cm,求該液體折射率。強(qiáng)化點(diǎn)(二)全反射棱鏡[要點(diǎn)釋解明]全反射棱鏡改變光路的幾種情況入射方式項(xiàng)目

方式一方式二方式三光路圖入射面ABACAB全反射面ACAB、BCAC光線方向改變角度90°180°0°(發(fā)生側(cè)移)[典例]如圖甲所示為一種檢測(cè)油深度的油量計(jì),油量計(jì)豎直固定在油桶內(nèi),當(dāng)入射光豎直向下照射時(shí),通過(guò)觀察油桶上方的矩形窗口亮暗兩個(gè)區(qū)域可確定油量。圖乙是油量計(jì)結(jié)構(gòu)圖,它是一塊鋸齒形的透明塑料,鋸齒形的底部是一個(gè)等腰直角三角形,最右邊的鋸齒剛接觸到油桶的底部。已知透明塑料的折射率小于油的折射率,則下列說(shuō)法正確的是()A.透明塑料的折射率應(yīng)小于2B.塑料鋸齒和油的界面處發(fā)生全反射形成暗區(qū)C.油量增加時(shí),亮區(qū)范圍變大D.若入射光由紅光換為綠光時(shí),亮區(qū)范圍不變聽(tīng)課記錄:[題點(diǎn)全練清]1.如圖甲所示,自行車尾燈本身并不發(fā)光,但夜晚在燈光的照射下會(huì)顯得特別明亮,研究發(fā)現(xiàn)尾燈內(nèi)部是由折射率較大的實(shí)心透明材料制成,結(jié)構(gòu)如圖乙所示,當(dāng)光由實(shí)心材料右側(cè)面垂直入射時(shí),自行車尾燈看起來(lái)特別明亮的原因是()A.光的折射 B.光的全反射C.光的干涉 D.光的衍射2.(2025·江蘇南通模擬)如圖所示,豎直擋板有鏤空字母F,全反射棱鏡的左側(cè)面與擋板平行,一水平光束從擋板左側(cè)入射,穿過(guò)棱鏡后在其下方水平光屏abcd上形成的圖樣是()強(qiáng)化點(diǎn)(三)光導(dǎo)纖維任務(wù)驅(qū)動(dòng)光導(dǎo)纖維具有傳輸速度快、帶寬大、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于通信、廣播、電視、醫(yī)療、科學(xué)研究等領(lǐng)域。如圖為光導(dǎo)纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。(1)光在內(nèi)芯和外套的界面上同時(shí)發(fā)生折射和反射嗎?(2)光在光導(dǎo)纖維內(nèi)是如何傳播的?[典例]一段長(zhǎng)為L(zhǎng)的直線光導(dǎo)纖維的內(nèi)芯如圖所示,一單色光從左端面射入光纖,已知光纖對(duì)該單色光的折射率為n,光在真空中傳播速度大小為c。(1)求該單色光在光纖中傳播的最短時(shí)間;(2)已知光纖對(duì)該單色光的折射率n=2,當(dāng)該單色光以入射角i=45°從左端面射入時(shí),求此單色光從左端面?zhèn)鞑サ接叶嗣嫠玫臅r(shí)間。答題區(qū)(面答面評(píng),拍照上傳,現(xiàn)場(chǎng)糾錯(cuò)品優(yōu))[題點(diǎn)全練清]1.如圖所示,光纖燈是現(xiàn)代裝飾照明的新型燈具,由光源、反光鏡、濾光片及光纖組成,點(diǎn)狀光源通過(guò)反光鏡后,形成一束近似平行光,又通過(guò)濾光片,最后進(jìn)入光纖,形成一根根色彩斑斕的柔性光柱。下列說(shuō)法正確的是()A.點(diǎn)狀光源發(fā)出的光可通過(guò)平面鏡反射后形成平行光B.光纖內(nèi)芯的折射率應(yīng)大于外套材料的折射率C.光在光纖中的傳播是利用了光的衍射原理D.光在光纖中傳播時(shí),顏色會(huì)發(fā)生變化,從而創(chuàng)造出絢爛多彩的效果2.(2025·福建福州期末)隨著科技的不斷發(fā)展,光纖通信技術(shù)已成為現(xiàn)代通信領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一,光纖通信利用光信號(hào)傳遞數(shù)據(jù),具有高速、大容量、低損耗、抗干擾等優(yōu)勢(shì),在電話、互聯(lián)網(wǎng)、電視、移動(dòng)通信等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。如圖所示,一條長(zhǎng)直光導(dǎo)纖維的長(zhǎng)度為d,一束單色光從右端面中點(diǎn)以θ的入射角射入時(shí),恰好在纖芯與包層的分界面發(fā)生全反射,且臨界角為C。已知光在空氣中的傳播速度等于真空光速c,若從右端射入的光能夠傳送到左端,光在光導(dǎo)纖維內(nèi)傳輸?shù)淖铋L(zhǎng)時(shí)間為()A.sinθ·dcosC·cC.sinθ·dcsin2課下請(qǐng)完成課時(shí)跟蹤檢測(cè)(二十一)第2節(jié)全反射課前預(yù)知教材一、1.較小較大相對(duì)2.(1)反射90°完全消失臨界角(2)①光密光疏②大于或等于(3)eq\f(1,n)[情境思考]提示：(1)水。(2)玻璃。二、1.(1)等腰直角(2)a.全反射90°b．全反射180°2．(1)全反射(2)大全反射[情境思考]提示：(1)發(fā)生了光的全反射現(xiàn)象。(2)n1＞n2。課堂精析重難強(qiáng)化點(diǎn)(一)[任務(wù)驅(qū)動(dòng)]提示：如圖所示，岸上所有景物反射的光，射向水面的入射角分布在0～90°之間，射入水中的折射角在0到臨界角C之間，人眼認(rèn)為光是沿直線傳播的，岸上的所有景物都出現(xiàn)在一個(gè)倒立的圓錐里。[典例]解析：(1)由題意設(shè)光在三棱鏡中的折射角為α，則根據(jù)折射定律有n＝eq\f(sinθ,sinα)由于折射光線垂直EG邊射出，根據(jù)幾何關(guān)系可知α＝∠FEG＝30°代入數(shù)據(jù)解得sinθ＝0.75。(2)根據(jù)題意作出單色光第一次到達(dá)半圓弧AMB恰好發(fā)生全反射的光路圖如圖則根據(jù)幾何關(guān)系可知，F(xiàn)E上從P點(diǎn)到E點(diǎn)以θ角入射的單色光線第一次到達(dá)半圓弧AMB都可以發(fā)生全反射，根據(jù)全反射臨界角公式有sinC＝eq\f(1,n)設(shè)P點(diǎn)到FG的距離為l，則根據(jù)幾何關(guān)系有l(wèi)＝RsinC又因?yàn)閤PE＝eq\f(R－l,cos30°)聯(lián)立解得xPE＝eq\f(2\r(3),9)R所以光線在EF上的入射點(diǎn)D到E點(diǎn)的距離范圍為eq\b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(0，\f(2\r(3),9)R))。答案：(1)0.75(2)eq\b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(0，\f(2\r(3),9)R))[題點(diǎn)全練清]1．選C光路圖如圖所示，根據(jù)幾何關(guān)系可知，光線在PQ界面的入射角為C＝60°，根據(jù)全反射的臨界條件可得sinC＝eq\f(1,n)，解得n＝eq\f(2\r(3),3)。故選C。2．解析：(1)觀察者在液面上各個(gè)方向都恰好看不到大頭針，說(shuō)明由大頭針射出的光線恰好在木塞的邊緣處發(fā)生全反射，由題意作出臨界光路圖如圖所示，這時(shí)入射角等于臨界角C，由幾何關(guān)系可得sinC＝eq\f(r,\r(h2＋r2))，又sinC＝eq\f(1,n)，由以上兩式解得液體的折射率為n＝eq\f(\r(h2＋r2),r)。(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得r＝4cm，h＝3cm，由(1)中n＝eq\f(\r(h2＋r2),r)，可得n＝1.25。答案：(1)n＝eq\f(\r(h2＋r2),r)(2)1.25強(qiáng)化點(diǎn)(二)[典例]選D如圖所示，光由上面射入塑料板中，在直角部分發(fā)生全反射時(shí)上面看起來(lái)才會(huì)明亮，光在從透明塑料板射向空氣時(shí)，發(fā)生全反射的條件是折射率n≥eq\f(1,sin45°)＝eq\r(2)，即透明塑料的折射率應(yīng)大于或等于eq\r(2)，A錯(cuò)誤；光在塑料鋸齒和油的界面處發(fā)生折射，光線射向油中，在矩形窗口形成暗區(qū)，B錯(cuò)誤；油量增加時(shí)，被浸入到油中的塑料鋸齒增多，則全反射光線減少，則亮區(qū)范圍變小，C錯(cuò)誤；若入射光由紅光換為綠光時(shí)，不影響光線在界面處發(fā)生全反射，則亮區(qū)范圍不變，D正確。[題點(diǎn)全練清]1．選B光在自行車尾燈內(nèi)部發(fā)生了全反射，因此看起來(lái)特別明亮。故選B。2．選C光透過(guò)鏤空部分后，會(huì)在全反射棱鏡的傾斜面處發(fā)生全反射，如圖所示，可知形成的圖樣是選項(xiàng)圖C。強(qiáng)化點(diǎn)(三)[任務(wù)驅(qū)動(dòng)]提示：(1)光在內(nèi)芯和外套的界面上只發(fā)生反射，沒(méi)有發(fā)生折射。(2)光在光導(dǎo)纖維內(nèi)傳播時(shí)，一般入射角大于臨界角，光在光導(dǎo)纖維內(nèi)發(fā)生全反射，在光導(dǎo)纖維內(nèi)沿鋸齒形路線傳播。[典例]解析：(1)當(dāng)光線垂直于左端面射入時(shí)，光在光纖中傳播的路徑最短x＝L由n＝eq\f(c,v)，可得光在光纖中傳播速度大小為v＝eq\f(c,n)光在光纖中傳播的最短時(shí)間為tmin＝eq\f(x,v)聯(lián)立解得tmin＝eq\f(nL,c)。(2)由于n＝eq\f(sini,sinr)，可得r＝30°該單色光在光纖中傳播的路程s＝eq\f(L,cosr)＝eq\f(2\r(3),3)L傳播時(shí)間t＝eq\f(s,v)，聯(lián)立解得t＝eq\f(2\r(6)L,3c)。答案：(1)eq\f(nL,c)(2)eq\f(2\r(6)L,3c)[題點(diǎn)全練清]1．選B點(diǎn)狀光源發(fā)出的光可通過(guò)凹面鏡反射后形成近似平行光，故A錯(cuò)誤；光在光纖中傳播時(shí)發(fā)生全反射，所以要求光纖內(nèi)芯的折射率應(yīng)大于外套材料的折射率，故B正確，C錯(cuò)誤；通過(guò)反光鏡反射后形成的近似平行光通過(guò)濾