高中物理第十三章第二節(jié)全反射學案新人教版選修

1、第十三章 光2.全反射【學習目標】1知道光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)。 2知道光的全反射現(xiàn)象。3知道介質(zhì)的臨界角與該種介質(zhì)的折射率之間的關(guān)系式。4知道全反射現(xiàn)象的一些實際應(yīng)用。【重點難點】掌握臨界角的概念和發(fā)生全反射的條件; 全反射的應(yīng)用，對全反射現(xiàn)象的解釋.【課前預(yù)習】1空氣、水、酒精、玻璃的折射率的大小:。2物理學中，把折射率較小的介質(zhì)稱為光疏介質(zhì)，折射率較大的介質(zhì)叫做光密介質(zhì)。3光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是相對的，第1題中，水相對空氣是光密介質(zhì)，但是它相對玻璃是光疏介質(zhì)。4根據(jù)折射定律可知，光從空氣射入水中時，入射角大于折射角；而光從水中射入空氣中時，入射角小于折射角。由此得到一個很重要的結(jié)論：光從光疏介

2、質(zhì)射入光密介質(zhì)時，折射角小于入射角，光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，折射角大于入射角。5觀察演示實驗；由實驗可以看出，當光沿著半圓形的玻璃磚的半徑射到直邊上時，一部分光從玻璃磚的直邊上折射到空氣中，另一部分光反射回玻璃磚內(nèi)，當逐漸增大入射角時，會看到空氣中的折射角在增大，并且折射光線離法線越來越遠，而且折射光線越來越弱，反射光線越來越強，當入射角增大到某一角度，使折射角大到90時，折射光線完全消失，只剩下反射光線，這種現(xiàn)象叫做光的全反射。6我們把剛好發(fā)生全反射時（即折射角等于90時）的入射角叫做這種介質(zhì)的臨界角；因為發(fā)生全反射時折射角大于入射角，所以只有光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，才可能發(fā)生全反射

3、。90空氣介質(zhì)C7 例如：某種介質(zhì)的折射率為n，臨界角為C，則根據(jù)臨界角是折射角等于90時的入射角，再根據(jù)折射定律及光路可逆可得：結(jié)論：不同的介質(zhì)，折射率n不同，所以臨界角C也不一樣。【預(yù)習檢測】1光從介質(zhì)a射向介質(zhì)b，如果要在a、b介質(zhì)的分界面上發(fā)生全反射，那么必須滿足的條件是A a是光密介質(zhì)，b是光疏介質(zhì)B 光在介質(zhì)a中的速度必須大于光在介質(zhì)b中的速度C 光的入射角必須大于或等于臨界角D 必須是單色光2光由折射率為1.5的玻璃射入空氣時的臨界角是_度；光由折射率為2.42的金剛石射入空氣時的臨界角是_度。3一束光線通過介質(zhì)1、2、3時，光路如圖所示，則A介質(zhì)1的折射率最大B介質(zhì)2的折射率最

4、大C光在介質(zhì)2中的速度最大D當入射角由450逐漸增大時，在1、2界面上可能發(fā)生全反射【參考答案】【預(yù)習檢測】1.A，C 2. 3.C、D堂中互動【典題探究】知識點一 全反射現(xiàn)象例1如圖13-7-8所示，ABCD是兩面平行的透明玻璃磚，AB面和CD面平行，它們分別是玻璃和空氣的界面，設(shè)為界面和界面，光線從界面射入玻璃磚，再從界面射出，回到空氣中，如果改變光到達界面時的入射角，則( )圖13-7-8A.只要入射角足夠大，光線在界面上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象B.只要入射角足夠大，光線在界面上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象C.不管入射角多大，光線在界面上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D.不管入射角多大，光線在界面上都不可能發(fā)生

5、全反射現(xiàn)象解析：在界面光由空氣進入玻璃磚，是由光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)，不管入射角多大，都不發(fā)生全反射現(xiàn)象，則選項C正確；在界面光由玻璃進入空氣，是由光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)，但是，由于界面和界面平行，光由界面進入玻璃后再到達界面，在界面上的入射角等于在界面上的折射角，因此入射角總是小于臨界角，因此也不會發(fā)生全反射現(xiàn)象，選項D也正確，選項C、D正確.答案：CD誤區(qū)警示 有的同學認為在界面，光由光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)，只要入射角足夠大，就可能發(fā)生全反射現(xiàn)象.這是錯誤的，錯誤的原因在于孤立地討論光在界面能否發(fā)生全反射現(xiàn)象，而沒有認識到光是由界面進入玻璃后再到達界面，到達界面時光的入射角等于在界面的折射角，它

6、的大小是受到折射定律限制的，因此在界面上的入射角總是小于臨界角.例2如圖13-7-9所示，一束平行光從真空射向一塊半圓形的玻璃磚，下列說法正確的是（ ）圖13-7-9A.只有圓心兩側(cè)一定范圍內(nèi)的光線不能通過玻璃磚B.只有圓心兩側(cè)一定范圍內(nèi)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不發(fā)生偏折D.圓心兩側(cè)一定范圍外的光線將在曲面產(chǎn)生全反射解析：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不發(fā)生偏折，入射角為零；由中心向外的光線，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，所以一定會發(fā)生全反射.答案：BCD方法歸納

7、有關(guān)全反射現(xiàn)象的問題，關(guān)鍵是理解發(fā)生全反射的條件，其次是注意法線，并作出光路圖，再根據(jù)入射角與臨界角的關(guān)系來判斷.知識點二 折射與全反射例3已知介質(zhì)對某單色光的臨界角為C，則（ ）A.該介質(zhì)對單色光的折射率等于B.此單色光在該介質(zhì)中的傳播速度等于csinC（c是光在真空中的傳播速度）C.此單色光在該介質(zhì)中的波長是在真空中波長的sinC倍D.此單色光在該介質(zhì)中的頻率是在真空中的倍解析：由臨界角的計算式sinC=，得n=，選項A正確；將n=代入sinC=得sinC=，故v=csinC，選項B正確；設(shè)該單色光的頻率為f，在真空中的波長為0，v=f，故sinC=,=0sinC，選項C正確；該單色光由真

8、空傳入介質(zhì)時，頻率不發(fā)生變化，選項D錯誤.答案：ABC方法歸納 準確地理解臨界角及光在介質(zhì)中傳播的速度與介質(zhì)折射率的關(guān)系，熟練地運用sinC=和n=進行分析推理是解題的關(guān)鍵.例4一個半圓柱形玻璃體的截面如圖13-7-10所示，其中O為圓心，aOb為平面，acb為半圓柱面，玻璃的折射率n=.一束平行光與aOb面成45角照到平面上，將有部分光線經(jīng)過兩次折射后由半圓柱面acb射出，試畫能有光線射出的那部分區(qū)域，并證明這個區(qū)域是整個acb弧的一半.圖13-7-10解析：能射出的那部分光線區(qū)域如圖13-7-11所示.圖13-7-11證明：根據(jù)折射定律n=sini/sinr知sinr=sini/n=sin

9、45/=，可見r=30，由全反射臨界角sinC=知C=45，由圖知號典型光線有aOd=180-C+(90-r)=180-45+(90-30)=75 對號典型光線有bOe=180-C+(90+r)=180-45+(90+30)=15 可見射出區(qū)域為dOe所對應(yīng)的圓弧. 因dOe=180-aOd-bOe=180-75-15=90. 故這個區(qū)域是整個acb弧的一半.方法歸納 折射類問題的分析方法一般是先作光路圖，借助圖形找出幾何關(guān)系，尤其要注意在可能出現(xiàn)全反射情形下的折射問題，要點是求出臨界角.例5半徑為R的半圓柱形玻璃，橫截面如圖13-7-12所示，O為圓心，已知玻璃的折射率為，當光由玻璃射向空氣

10、時，發(fā)生全反射的臨界角為45，一束光以與MN平面成45角的方向射向半圓柱形玻璃，求能從MN射出的光束的寬度為多少？圖13-7-12解析：如圖所示，進入玻璃中的光線垂直半球面，沿半徑方向直達球心位置O，且入射角等于臨界角，恰好在O點發(fā)生全反射.光線左側(cè)的光線（如：光線）經(jīng)球面折射后，射在MN上發(fā)生全反射，不能射出.光線右側(cè)的光線經(jīng)半球面折射后，射到MN面上的入射角均小于臨界角，能從MN面上射出.最右邊射向半球的光線與球面相切，入射角i=90，由折射定律知：sinr=，則r=45.故光線將垂直MN射出.所以在MN面上射出的光束寬度應(yīng)是OE=Rsinr=R.圖13-7-13答案：R巧解提示 先畫出光路圖，再進行分析，分析時要注意全反射的條件，并要注意應(yīng)用幾條特殊的光線來分析問題.知識點三 全反射現(xiàn)象的應(yīng)用光導纖維例6 如圖13-7-14所示，一根長為L的直光導纖維，它的折射率為n.光從它的一個端面射入，又從另一端面射出所需的最長時間為多少？（設(shè)光在真空中的光速為c）圖13-7-14解析：由題中的已知