高中物理132光的全反射課件新人教版選修

高中物理132光的全反射課件新人教版選修本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！高中物理132光的全反射課件新人教版選修本課件PPT1高中物理132光的全反射課件新人教版選修2高中物理132光的全反射課件新人教版選修3高中物理132光的全反射課件新人教版選修4高中物理132光的全反射課件新人教版選修5高中物理132光的全反射課件新人教版選修6高中物理132光的全反射課件新人教版選修7高中物理132光的全反射課件新人教版選修8高中物理132光的全反射課件新人教版選修9高中物理132光的全反射課件新人教版選修10高中物理132光的全反射課件新人教版選修11一、全反射的理解一、全反射的理解121.光疏介質和光密介質的理解，不同介質的折射率不同，我們把折射率較小的介質叫做光疏介質，折射率較大的介質叫做光密介質.(1)對光路的影響根據(jù)折射定律，光由光疏介質射入光密介質(例如由空氣射入水)時，折射角小于入射角；光由光密介質射入光疏介質(例如由水射入空氣)時，折射角大于入射角.1.光疏介質和光密介質的理解，不同介質的折射率不同，我們把折13(2)光疏介質和光密介質的比較(3)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定誰是光疏介質或光密介質.(2)光疏介質和光密介質的比較142.全反射現(xiàn)象光由光密介質射入到光疏介質中時，折射角大于入射角，當入射角增大到一定程度時，折射光線完全消失，全部光線都被反射回原介質，這種現(xiàn)象稱為全反射現(xiàn)象，簡稱全反射.(1)全反射的條件①光由光密介質射向光疏介質.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，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.2.全反射現(xiàn)象15(3)從能量角度來理解全反射:當光從光密介質射入光疏介質時,隨著入射角增大,折射角也增大.同時折射光線強度減弱,即折射光線能量減小,反射光線強度增強,能量增加,當入射角到達臨界角時,折射光線強度減弱到零,反射光的能量等于入射光的能量.(3)從能量角度來理解全反射:當光從光密介質射入光疏介質時,16(4)臨界角①定義剛好發(fā)生全反射(即折射角為90°)時的入射角稱為全反射的臨界角，用C表示.②表達式光由折射率為n的介質射向真空或空氣時，假設剛好發(fā)生全反射，那么折射角恰好等于90°，③不同色光的臨界角：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，越易發(fā)生全反射.(4)臨界角17(1)光疏介質、光密介質是對確定的兩種介質而言的，只對一種介質，無法確定它是光疏介質還是光密介質.(2)分析光的全反射時，關鍵是根據(jù)臨界條件畫出恰好發(fā)生全反射的光路圖，再利用幾何知識分析邊角關系.(3)當發(fā)生全反射時，仍遵循光的反射定律及光的可逆性.(1)光疏介質、光密介質是對確定的兩18【典例1】(2021·新余高二檢測)如以下圖abc是一塊用折射率n=2的玻璃制成的透明體的橫截面，ab是半徑為R的圓弧，ac邊與bc邊垂直，∠aOc=60°.當一束平行黃色光垂直照到ac上時，ab局部的外外表只有一局部是黃亮的，其余是暗的.求黃亮局部的弧長為多少？【典例1】(2021·新余高二檢測)如以下圖abc是一塊用折19【解題指導】解答此題時可按以下思路分析：【解題指導】解答此題時可按以下思路分析：20【標準解答】假定光線MN射到ab界面上時恰好發(fā)生了全反射，那么MN上方的光線一定在界面ab上發(fā)生了全反射，因此只有射到界面Nb上的光線才能射出玻璃，界面Nb局部是亮的.由sinC=，得∠C=30°.由幾何關系知θ=30°，所以弧Nb的長度：答案：πR【標準解答】假定光線MN射到ab界面上時恰好發(fā)生了全反21【規(guī)律方法】解決全反射問題的一般方法：(1)確定光是從光密介質進入光疏介質.(2)應用sinC=確定臨界角.(3)根據(jù)題設條件，畫出入射角等于臨界角的臨界光路圖.(4)運用幾何關系或三角函數(shù)關系以及反射定律等，進展分析、判斷、運算解決問題.【規(guī)律方法】解決全反射問題的一般方法：22【變式訓練】(2021·青島高二檢測)半徑為R的透明圓柱體固定于地面上，透明體對紅光的折射率為n=2，如以下圖．今讓一束平行于地面的紅光射向圓柱體左側，經(jīng)折射紅光照射到右側地面上．求圓柱體右側地面上的黑暗局部長度.【變式訓練】(2021·青島高二檢測)半徑為R的透明圓柱23【解析】光線從圓柱體射出的臨界角滿足sinC=所以C=30°地面上黑暗局部如圖中陰影所示，其長度為l=【解析】光線從圓柱體射出的臨界角滿足24二、全反射的應用二、全反射的應用251.全反射棱鏡用玻璃制成的截面為直角三角形的棱鏡，其臨界角約為42°，當光線垂直于直角邊或垂直于斜邊射入后，在下一個界面處的入射角為45°，由于大于臨界角，光在該處發(fā)生全反射，假設光垂直于直角邊射入，在斜邊處發(fā)生一次全反射后，從另一直角邊射出，光的傳播方向改變90°，假設光垂直于斜邊射入棱鏡，在兩個直角邊處各發(fā)生一次全反射，光的傳播方向改變180°.1.全反射棱鏡262.光導纖維(1)構造及傳播原理光導纖維是一種透明的玻璃纖維絲，直徑只有1μm～100μm左右，如以下圖，它是由內芯和外套兩層組成，內芯的折射率大于外套的折射率，光由一端進入，在兩層的界面上經(jīng)過屢次全反射，從另一端射出，光導纖維可以遠距離傳播光，光信號又可以轉換成電信號，進而變?yōu)槁曇?、圖象.如果把許多(上萬根)光導纖維合成一束，并使兩端的纖維按嚴格一樣的次序排列.就可以傳播圖象.2.光導纖維27(2)光導纖維的折射率設光導纖維的折射率為n,當入射角為θ1時，進入端面的折射光線傳到側面時恰好發(fā)生全反射，如以下圖，那么有：(2)光導纖維的折射率28由圖可知：當θ1增大時，θ2增大，而從纖維射向空氣中光線的入射角θ減小，當θ1=90°時，假設θ=C，那么所有進入纖維中的光線都能發(fā)生全反射，即解得n=，以上是光從纖維射向真空時得到的折射率，由于光導纖維包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比大些.由圖可知：當θ1增大時，θ2增大，而從纖維射向空氣中光29分析光的全反射問題，關鍵是根據(jù)臨界條件畫出恰好發(fā)生全反射的光路圖，再利用幾何知識分析邊角關系，比較其他光線是否發(fā)生全反射，同時結合臨界角與折射率的關系sinC=解決.分析光的全反射問題，關鍵是根據(jù)臨界條30【典例2】〔2021·海南高考〕一賽艇停在平靜的水面上，賽艇前端有一標記P離水面的高度為h1=0.6m，尾部下端Q略高于水面；賽艇正前方離賽艇前端s1=0.8m處有一浮標，示意如圖.一潛水員在浮標前方s2=3.0m處下潛到深度為h2=4.0m時，看到標記剛好被浮標擋住，此處看不到船尾端Q；繼續(xù)下潛Δh=4.0m，恰好能看見Q.求：(1)水的折射率n；(2)賽艇的長度l.〔可用根式表示〕【典例2】〔2021·海南高考〕一31【解題指導】解答此題可按以下思路分析:(1)對波形圖的認識→振幅、波長→波速；(2)作光路圖→確定兩角→折射定律→全反射→臨界角.【解題指導】解答此題可按以下思路分析:32【標準解答】(1)如以下圖，【標準解答】(1)如以下圖，33(2)剛好看到Q點時的光路圖如以下圖.x=s1+s2+ly=h2+ΔhsinC=n=聯(lián)立以上方程解得：答案：(1)(2)(2)剛好看到Q點時的光路圖如以下圖.34【變式訓練】華裔科學家高錕獲得2021年諾貝爾物理獎，他被譽為“光纖通訊之父〞.光纖通訊中信號傳播的主要載體是光導纖維，它的構造如以下圖，其內芯和外套材料不同，光在內芯中傳播.以下關于光導纖維的說法中正確的選項是()【變式訓練】華裔科學家高錕獲得2021年諾貝爾物理獎，他被譽35A.內芯的折射率比外套的大，光傳播時在內芯與外套的界面上發(fā)生全反射B.內芯的折射率比外套的小，光傳播時在內芯與外套的界面上發(fā)生全反射C.波長越短的光在光纖中傳播的速度越大D.頻率越大的光在光纖中傳播的速度越大A.內芯的折射率比外套的大，光傳播時在內芯與外套的界面上發(fā)生36【解析】選A.光從光密介質射向光疏介質才能發(fā)生全反射，所以內芯的折射率比外套的大，故A對，B錯；頻率越大(波長越短)，折射率越大，根據(jù)v=，折射率大的在玻璃中傳播的速度小，故C、D錯.【解析】選A.光從光密介質射向光疏介質才能發(fā)生全反射，37【變式備選】一束單色光由左側射入盛有清水的薄壁圓柱形玻璃杯，如以下圖為過軸線的截面圖，調整入射角α，使光線恰好在水和空氣的界面上發(fā)生全反射.水的折射率為，求sinα的值.【變式備選】一束單色光由左側射入盛有清水的薄壁圓38【解析】當光線在水面發(fā)生全反射時有sinC=，當光線從左側射入時，由折射定律有聯(lián)立這兩式代入數(shù)據(jù)可得答案：【解析】當光線在水面發(fā)生全反射時有sinC=，當光線從左39三、應用全反射解釋自然現(xiàn)象三、應用全反射解釋自然現(xiàn)象401.透明體中的氣泡看起來特別亮光照射到透明體上時，光線絕大多數(shù)穿過透明體.假設透明體中有氣泡，進入透明體中的局部光線射到空氣泡上時，由于透明體的折射率大于氣泡的折射率，假設入射角大于或等于臨界角，這局部光會發(fā)生全反射，然后射入人眼，由于氣泡處反射回來的光比沒有氣泡處強得多，所以氣泡看起來特別亮.1.透明體中的氣泡看起來特別亮412.海市蜃樓(1)氣候條件：當大氣比較平靜且海面與上層空氣溫差較大時，空氣的密度隨溫度的升高而減小，對光的折射率也隨之減小.因海面上的空氣溫度比空中低，空氣的下層比上層折射率大.我們可以粗略地把空中的大氣分成許多水平的空氣層，如以下圖.2.海市蜃樓42(2)光路分析：遠處的景物反射的光線射向空中時，不斷被折射，射向折射率較小的上一層的入射角越來越大，當光線的入射角大到臨界角時，就會發(fā)生全反射現(xiàn)象，光線就會從高空的空氣層中通過空氣的折射逐漸返回折射率較小的下一層.(3)虛像的形成：當光線進入人的眼睛時，人總認為光是從其反向延長線方向發(fā)射而來的，所以地面附近的觀察者就可以觀察到虛像，且虛像成像于遠處的半空中，這就是海市蜃樓.如以下圖.(2)光路分析：遠處的景物反射的光線射向空中時，不斷被折射，43(1)明確此現(xiàn)象為全反射現(xiàn)象，分清光疏介質和光密介質.(2)人的視覺總認為光沿直線傳播.(1)明確此現(xiàn)象為全反射現(xiàn)象，分清光疏44【典例3】在清澈平靜的水底，抬頭向上觀察，會看到一個十分有趣的現(xiàn)象：(1)水面外的景物(藍天、白云、樹木、房屋)，都呈現(xiàn)在頂角θ=97°的倒立圓錐底面的“洞〞內；(2)“洞〞外是水底的景象；(3)“洞〞邊呈現(xiàn)彩色，且七色的順序為內紫外紅.試分析上述水下觀天的奇異現(xiàn)象.(水的折射率為)【典例3】在清澈平靜的水底，抬頭向上觀察，會看到一個十45【解題指導】解答此題應把握以下兩點：(1)水的折射率和向空氣射入時的臨界角.(2)光發(fā)生折射時，折射率小的偏折角小.【解題指導】解答此題應把握以下兩點：46【標準解答】水面外的景物射向水面的光線，凡入射角0≤i＜90°時，都能折射入水中被人觀察到(如以下圖).【標準解答】水面外的景物射向水面的光線，凡入射角0≤i＜9047根據(jù)折射定律，在i=90°的臨界條件下所以r=48.5°這樣倒圓錐的頂角θ=2r=97°.水底發(fā)出的光經(jīng)過水面反射也可以進入觀察者的眼中，但是由于“洞〞內有很強的折射光，所以只有在“洞〞外才能看到水底景物經(jīng)水面的反射光，也就是在“洞〞外看到水底景象(如以下圖).光線從空氣中折射入水中，要產(chǎn)生色散現(xiàn)象，紅光的折射率最小，偏向角最小.紫光的折射率最大，偏向角最大.因為眼睛感覺光線是沿直線傳播的，所以從水中看到的彩色“洞〞邊是內紫外紅.根據(jù)折射定律，在i=90°的臨界條件下48【變式訓練】〔2021·福建高考〕如圖，半圓形玻璃磚置于光屏PQ的左下方.一束白光沿半徑方向從A點射入玻璃磚，在O點發(fā)生反射和折射，折射光在光屏上呈現(xiàn)七色光帶.假設入射點由A向B緩慢移動，并保持白光沿半徑方向入射到O點，觀察到各色光在光屏上陸續(xù)消失.在光帶未完全消失之前，反射光的強度變化以及光屏上最先消失的光分別是〔〕A.減弱、紫光B.減弱、紅光C.增強、紫光D.增強、紅光【變式訓練】〔2021·福建高考〕如49【解析】選C.由于入射點由A向B緩慢移動，入射角增大，因此反射光增強，折射光減弱，A、B錯，紫光折射率大，臨界角小，因此在光屏上最先消失的是紫光，C對,D錯，應選C.【解析】選C.由于入射點由A向B緩慢移動，入射角增大，因此反50【典例】(2021·孝感高二檢測)半徑為R的半圓柱形玻璃，橫截面如以下圖，O為圓心，玻璃的折射率為.一束與MN平面成45°的平行光束從空氣射到玻璃的半圓柱面上，經(jīng)玻璃折射后，有局部光能從MN平面上射出，求能從MN射出的光束的寬度為多少？【典例】(2021·孝感高二檢測)半徑為R的半圓柱形玻璃，橫51【解題指導】先確定能射到MN上的光線，再確定能從MN上射出的邊界光線，即可求出射出光束的寬度.【解題指導】先確定能射到MN上的光線，再確定能從MN上射出的52【標準解答】如以下圖，進入玻璃中的光線①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①左側的光線(如：光線②)經(jīng)球面折射后，射在MN上的入射角一定大于臨界角，在MN上發(fā)生全反射，不能射出.光線①右側的光線經(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③與球面相切，入射角θ1=90°，由折射定律知：解得：θ2=45°【標準解答】如以下圖，進入玻璃中的光線①沿半徑方向直53故光線③將垂直MN射出，所以在MN上面射出光束寬度應為OE=Rsinθ2=答案：故光線③將垂直MN射出，所以在MN上面射出光束寬度應為54一、選擇題1.以下說法中正確的選項是()A.因為水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介質B.因為水的折射率小于酒精的折射率，所以水對酒精來說是光疏介質C.同一束光，在光密介質中的傳播速度較大D.同一束光，在光密介質中的傳播速度較小【解析】選B、D.光在各種介質中的傳播速度和介質相對真空的折射率都是不同的.兩種介質相比較,光在其中傳播速度大，而折射率小的介質叫光疏介質；光在其中傳播速度小，而折射率大的介質叫光密介質.一、選擇題552.光從一種介質射到另一種介質時，全反射發(fā)生在()A.折射率較小的介質中B.折射率較大的介質中C.光速較小的介質中D.入射角小于臨界角【解析】選B、C.光從光密介質射到光疏介質才可能發(fā)生全反射，全反射發(fā)生在折射率較大、光速較小的介質中.2.光從一種介質射到另一種介質時，全反射發(fā)生在()563.(2021·福州高二檢測)如以下圖為光線由空氣進入全反射玻璃棱鏡、再由棱鏡射入空氣的光路圖.指出哪種情況是可以發(fā)生的()【解析】選A.光垂直等腰直角三角形的某直角邊射入玻璃棱鏡時，在斜邊發(fā)生全反射，故A正確.3.(2021·福州高二檢測)如以下圖為光線由空氣進入全反射574.(2021·廣州高二檢測)光線在玻璃和空氣的分界面上發(fā)生全反射的條件是()A.光從玻璃射到分界面上，入射角足夠小B.光從玻璃射到分界面上，入射角足夠大C.光從空氣射到分界面上，入射角足夠小D.光從空氣射到分界面上，入射角足夠大【解析】選B.發(fā)生全反射的條件：光由光密介質射入光疏介質；入射角大于或等于臨界角.故B正確.4.(2021·廣州高二檢測)光線在玻璃和空氣的分界面上發(fā)生585.(2021·南京高二檢測)光線由某種介質射向與空氣的分界面，當入射角大于45°時折射光線消失，由此可斷定這種介質的折射率是()【解析】選B.入射角大于45°時折射光線消失，即這種介質的臨界角C=45°，所以n=故B正確.5.(2021·南京高二檢測)光線由某種介質射向與空氣的分界596.光從介質a射向介質b，如果要在a、b介質的分界面上發(fā)生全反射，那么必須滿足的條件是()A.光在介質a中的速度必須大于介質b中的速度B.a是光密介質，b是光疏介質C.光的入射角必須大于或等于臨界角D.必須是單色光【解析】選B、C.由折射率大的，在介質中的傳播速度小，根據(jù)全反射的條件，那么a是光密介質、折射率大、在介質中的傳播速度小.故B、C正確.6.光從介質a射向介質b，如果要在a、b介質的分界面上發(fā)生607.(2021·濟寧高二檢測)如以下圖，一個透明玻璃球的折射率為一束足夠強的細光束在過球心的平面內，以45°入射角由真空射入玻璃球后，在玻璃球與真空的交界面處發(fā)生屢次反射和折射，從各個方向觀察玻璃球，能看到從玻璃球內射出的光線的條數(shù)是()A.2B.3C.4D.57.(2021·濟寧高二檢測)如以下圖，61【解析】選B.光路圖如以下圖.所以共3條射出玻璃球.【解析】選B.62二、非選擇題8.如以下圖，水的折射率為n，水面上漂浮著一圓木板，圓木板中央插著一根大頭針，且在水中局部長為h.假設從圓木板四周恰好看不到大頭針的頂尖P，那么圓木板的面積為_____.二、非選擇題63【解析】當P點光線射到木板邊緣時恰好發(fā)生全反射，即在空氣中沒有出射光線，那么圓板半徑r=htanC，又由全反射公式答案：【解析】當P點光線射到木板邊緣時恰好發(fā)生全反射，即在空649.(2021·東城區(qū)高二檢測)利用插針法可以測量半圓柱形玻璃磚的折射率.實驗方法如下：在白紙上做一條直線MN，并作出它的一條垂線AB，將半圓柱形玻璃磚(底面的圓心為O)放在白紙上，它的直邊與直線MN對齊，在垂線AB上插兩枚大頭針P1和P2，然后在半圓柱形玻璃磚的右側插上適量的大頭針，可以確定光線P1P2通過半圓柱形玻璃磚后的光路，從而求出玻璃的折射率.實驗室中提供的器材除了半圓柱形玻璃磚、木板和大頭針外，還有量角器等.9.(2021·東城區(qū)高二檢測)利用插針法可以測量半圓柱形玻65高中物理132光的全反射課件新人教版選修66(1)某學生用上述方法測量玻璃的折射率，在他畫出的垂線AB上豎直插上了P1、P2兩枚大頭針，但在半圓柱形玻璃磚右側的區(qū)域內，不管眼睛放在何處，都無法透過半圓柱形玻璃磚同時看到P1、P2的像，原因是_______，他應該采取的措施是_________________________________________.(2)為了確定光線P1P2通過半圓柱形玻璃磚后的光路，在玻璃磚的右側，最少應插_____枚大頭針.(3)請在半圓柱形玻璃磚的右側估計所插大頭針的可能位置，并用“×〞表示，作出光路圖.為了計算折射率，應該測量的量(在光路圖上標出)，有：________，計算折射率的公式是_____________.(1)某學生用上述方法測量玻璃的折射率，在他畫出的垂線AB67【解析】在玻璃球右側看不到像，從玻璃射出時，入射角太大，發(fā)生了全反射；把P1、P2向下平移，以便減小入射角；由于光線垂直MN射入玻璃球，所以在右側只需要插1枚大頭針即可確定光線；光路圖如以下圖.用量角器量出入射角θ和折射角α，根據(jù)折射定律，得【解析】在玻璃球右側看不到像，從玻璃射出時，入射角太大，發(fā)生68答案：(1)發(fā)生了全反射P1、P2向下平移(2)1(3)見解析圖入射角θ、折射角α答案：(1)發(fā)生了全反射P1、P2向下平移(6910．(2021·聊城高二檢測)一足夠深的水池內盛有某種透明液體，液體的深度為H，在水池的底部中央放一點光源，其中一條光線以30°入射角射到液體與空氣的界面上，它的反射光線與折射光線的夾角為105°，如以下圖.求：(1)這種液體的折射率；(2)液體外表亮斑的面積.10．(2021·聊城高二檢測)一足夠深的70【解析】(1)由于反射光線與折射光線的夾角為105°，入射角i=30°，那么折射角r=45°；n=(2)所以亮斑的半徑R=H，光斑面積S=πR2=πH2.答案：(1)(2)πH2【解析】(1)由于反射光線與折射光線的夾角為105°，入射71【方法技巧】如何尋找光線照射的范圍求光線照射的范圍時，關鍵是如何找出邊界光線，如果發(fā)生全反射，剛好能發(fā)生全反射時的臨界光線就是一條邊界光線，而另一條光線可以通過分析找出.確定臨界光線時，關鍵是確定光線在什么位置時入射角等于臨界角.【方法技巧】如何尋找光線照射的范圍72Thankyou!Thankyou!73高中物理132光的全反射課件新人教版選修本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！高中物理132光的全反射課件新人教版選修本課件PPT74高中物理132光的全反射課件新人教版選修75高中物理132光的全反射課件新人教版選修76高中物理132光的全反射課件新人教版選修77高中物理132光的全反射課件新人教版選修78高中物理132光的全反射課件新人教版選修79高中物理132光的全反射課件新人教版選修80高中物理132光的全反射課件新人教版選修81高中物理132光的全反射課件新人教版選修82高中物理132光的全反射課件新人教版選修83高中物理132光的全反射課件新人教版選修84一、全反射的理解一、全反射的理解851.光疏介質和光密介質的理解，不同介質的折射率不同，我們把折射率較小的介質叫做光疏介質，折射率較大的介質叫做光密介質.(1)對光路的影響根據(jù)折射定律，光由光疏介質射入光密介質(例如由空氣射入水)時，折射角小于入射角；光由光密介質射入光疏介質(例如由水射入空氣)時，折射角大于入射角.1.光疏介質和光密介質的理解，不同介質的折射率不同，我們把折86(2)光疏介質和光密介質的比較(3)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定誰是光疏介質或光密介質.(2)光疏介質和光密介質的比較872.全反射現(xiàn)象光由光密介質射入到光疏介質中時，折射角大于入射角，當入射角增大到一定程度時，折射光線完全消失，全部光線都被反射回原介質，這種現(xiàn)象稱為全反射現(xiàn)象，簡稱全反射.(1)全反射的條件①光由光密介質射向光疏介質.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，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.2.全反射現(xiàn)象88(3)從能量角度來理解全反射:當光從光密介質射入光疏介質時,隨著入射角增大,折射角也增大.同時折射光線強度減弱,即折射光線能量減小,反射光線強度增強,能量增加,當入射角到達臨界角時,折射光線強度減弱到零,反射光的能量等于入射光的能量.(3)從能量角度來理解全反射:當光從光密介質射入光疏介質時,89(4)臨界角①定義剛好發(fā)生全反射(即折射角為90°)時的入射角稱為全反射的臨界角，用C表示.②表達式光由折射率為n的介質射向真空或空氣時，假設剛好發(fā)生全反射，那么折射角恰好等于90°，③不同色光的臨界角：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，越易發(fā)生全反射.(4)臨界角90(1)光疏介質、光密介質是對確定的兩種介質而言的，只對一種介質，無法確定它是光疏介質還是光密介質.(2)分析光的全反射時，關鍵是根據(jù)臨界條件畫出恰好發(fā)生全反射的光路圖，再利用幾何知識分析邊角關系.(3)當發(fā)生全反射時，仍遵循光的反射定律及光的可逆性.(1)光疏介質、光密介質是對確定的兩91【典例1】(2021·新余高二檢測)如以下圖abc是一塊用折射率n=2的玻璃制成的透明體的橫截面，ab是半徑為R的圓弧，ac邊與bc邊垂直，∠aOc=60°.當一束平行黃色光垂直照到ac上時，ab局部的外外表只有一局部是黃亮的，其余是暗的.求黃亮局部的弧長為多少？【典例1】(2021·新余高二檢測)如以下圖abc是一塊用折92【解題指導】解答此題時可按以下思路分析：【解題指導】解答此題時可按以下思路分析：93【標準解答】假定光線MN射到ab界面上時恰好發(fā)生了全反射，那么MN上方的光線一定在界面ab上發(fā)生了全反射，因此只有射到界面Nb上的光線才能射出玻璃，界面Nb局部是亮的.由sinC=，得∠C=30°.由幾何關系知θ=30°，所以弧Nb的長度：答案：πR【標準解答】假定光線MN射到ab界面上時恰好發(fā)生了全反94【規(guī)律方法】解決全反射問題的一般方法：(1)確定光是從光密介質進入光疏介質.(2)應用sinC=確定臨界角.(3)根據(jù)題設條件，畫出入射角等于臨界角的臨界光路圖.(4)運用幾何關系或三角函數(shù)關系以及反射定律等，進展分析、判斷、運算解決問題.【規(guī)律方法】解決全反射問題的一般方法：95【變式訓練】(2021·青島高二檢測)半徑為R的透明圓柱體固定于地面上，透明體對紅光的折射率為n=2，如以下圖．今讓一束平行于地面的紅光射向圓柱體左側，經(jīng)折射紅光照射到右側地面上．求圓柱體右側地面上的黑暗局部長度.【變式訓練】(2021·青島高二檢測)半徑為R的透明圓柱96【解析】光線從圓柱體射出的臨界角滿足sinC=所以C=30°地面上黑暗局部如圖中陰影所示，其長度為l=【解析】光線從圓柱體射出的臨界角滿足97二、全反射的應用二、全反射的應用981.全反射棱鏡用玻璃制成的截面為直角三角形的棱鏡，其臨界角約為42°，當光線垂直于直角邊或垂直于斜邊射入后，在下一個界面處的入射角為45°，由于大于臨界角，光在該處發(fā)生全反射，假設光垂直于直角邊射入，在斜邊處發(fā)生一次全反射后，從另一直角邊射出，光的傳播方向改變90°，假設光垂直于斜邊射入棱鏡，在兩個直角邊處各發(fā)生一次全反射，光的傳播方向改變180°.1.全反射棱鏡992.光導纖維(1)構造及傳播原理光導纖維是一種透明的玻璃纖維絲，直徑只有1μm～100μm左右，如以下圖，它是由內芯和外套兩層組成，內芯的折射率大于外套的折射率，光由一端進入，在兩層的界面上經(jīng)過屢次全反射，從另一端射出，光導纖維可以遠距離傳播光，光信號又可以轉換成電信號，進而變?yōu)槁曇簟D象.如果把許多(上萬根)光導纖維合成一束，并使兩端的纖維按嚴格一樣的次序排列.就可以傳播圖象.2.光導纖維100(2)光導纖維的折射率設光導纖維的折射率為n,當入射角為θ1時，進入端面的折射光線傳到側面時恰好發(fā)生全反射，如以下圖，那么有：(2)光導纖維的折射率101由圖可知：當θ1增大時，θ2增大，而從纖維射向空氣中光線的入射角θ減小，當θ1=90°時，假設θ=C，那么所有進入纖維中的光線都能發(fā)生全反射，即解得n=，以上是光從纖維射向真空時得到的折射率，由于光導纖維包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比大些.由圖可知：當θ1增大時，θ2增大，而從纖維射向空氣中光102分析光的全反射問題，關鍵是根據(jù)臨界條件畫出恰好發(fā)生全反射的光路圖，再利用幾何知識分析邊角關系，比較其他光線是否發(fā)生全反射，同時結合臨界角與折射率的關系sinC=解決.分析光的全反射問題，關鍵是根據(jù)臨界條103【典例2】〔2021·海南高考〕一賽艇停在平靜的水面上，賽艇前端有一標記P離水面的高度為h1=0.6m，尾部下端Q略高于水面；賽艇正前方離賽艇前端s1=0.8m處有一浮標，示意如圖.一潛水員在浮標前方s2=3.0m處下潛到深度為h2=4.0m時，看到標記剛好被浮標擋住，此處看不到船尾端Q；繼續(xù)下潛Δh=4.0m，恰好能看見Q.求：(1)水的折射率n；(2)賽艇的長度l.〔可用根式表示〕【典例2】〔2021·海南高考〕一104【解題指導】解答此題可按以下思路分析:(1)對波形圖的認識→振幅、波長→波速；(2)作光路圖→確定兩角→折射定律→全反射→臨界角.【解題指導】解答此題可按以下思路分析:105【標準解答】(1)如以下圖，【標準解答】(1)如以下圖，106(2)剛好看到Q點時的光路圖如以下圖.x=s1+s2+ly=h2+ΔhsinC=n=聯(lián)立以上方程解得：答案：(1)(2)(2)剛好看到Q點時的光路圖如以下圖.107【變式訓練】華裔科學家高錕獲得2021年諾貝爾物理獎，他被譽為“光纖通訊之父〞.光纖通訊中信號傳播的主要載體是光導纖維，它的構造如以下圖，其內芯和外套材料不同，光在內芯中傳播.以下關于光導纖維的說法中正確的選項是()【變式訓練】華裔科學家高錕獲得2021年諾貝爾物理獎，他被譽108A.內芯的折射率比外套的大，光傳播時在內芯與外套的界面上發(fā)生全反射B.內芯的折射率比外套的小，光傳播時在內芯與外套的界面上發(fā)生全反射C.波長越短的光在光纖中傳播的速度越大D.頻率越大的光在光纖中傳播的速度越大A.內芯的折射率比外套的大，光傳播時在內芯與外套的界面上發(fā)生109【解析】選A.光從光密介質射向光疏介質才能發(fā)生全反射，所以內芯的折射率比外套的大，故A對，B錯；頻率越大(波長越短)，折射率越大，根據(jù)v=，折射率大的在玻璃中傳播的速度小，故C、D錯.【解析】選A.光從光密介質射向光疏介質才能發(fā)生全反射，110【變式備選】一束單色光由左側射入盛有清水的薄壁圓柱形玻璃杯，如以下圖為過軸線的截面圖，調整入射角α，使光線恰好在水和空氣的界面上發(fā)生全反射.水的折射率為，求sinα的值.【變式備選】一束單色光由左側射入盛有清水的薄壁圓111【解析】當光線在水面發(fā)生全反射時有sinC=，當光線從左側射入時，由折射定律有聯(lián)立這兩式代入數(shù)據(jù)可得答案：【解析】當光線在水面發(fā)生全反射時有sinC=，當光線從左112三、應用全反射解釋自然現(xiàn)象三、應用全反射解釋自然現(xiàn)象1131.透明體中的氣泡看起來特別亮光照射到透明體上時，光線絕大多數(shù)穿過透明體.假設透明體中有氣泡，進入透明體中的局部光線射到空氣泡上時，由于透明體的折射率大于氣泡的折射率，假設入射角大于或等于臨界角，這局部光會發(fā)生全反射，然后射入人眼，由于氣泡處反射回來的光比沒有氣泡處強得多，所以氣泡看起來特別亮.1.透明體中的氣泡看起來特別亮1142.海市蜃樓(1)氣候條件：當大氣比較平靜且海面與上層空氣溫差較大時，空氣的密度隨溫度的升高而減小，對光的折射率也隨之減小.因海面上的空氣溫度比空中低，空氣的下層比上層折射率大.我們可以粗略地把空中的大氣分成許多水平的空氣層，如以下圖.2.海市蜃樓115(2)光路分析：遠處的景物反射的光線射向空中時，不斷被折射，射向折射率較小的上一層的入射角越來越大，當光線的入射角大到臨界角時，就會發(fā)生全反射現(xiàn)象，光線就會從高空的空氣層中通過空氣的折射逐漸返回折射率較小的下一層.(3)虛像的形成：當光線進入人的眼睛時，人總認為光是從其反向延長線方向發(fā)射而來的，所以地面附近的觀察者就可以觀察到虛像，且虛像成像于遠處的半空中，這就是海市蜃樓.如以下圖.(2)光路分析：遠處的景物反射的光線射向空中時，不斷被折射，116(1)明確此現(xiàn)象為全反射現(xiàn)象，分清光疏介質和光密介質.(2)人的視覺總認為光沿直線傳播.(1)明確此現(xiàn)象為全反射現(xiàn)象，分清光疏117【典例3】在清澈平靜的水底，抬頭向上觀察，會看到一個十分有趣的現(xiàn)象：(1)水面外的景物(藍天、白云、樹木、房屋)，都呈現(xiàn)在頂角θ=97°的倒立圓錐底面的“洞〞內；(2)“洞〞外是水底的景象；(3)“洞〞邊呈現(xiàn)彩色，且七色的順序為內紫外紅.試分析上述水下觀天的奇異現(xiàn)象.(水的折射率為)【典例3】在清澈平靜的水底，抬頭向上觀察，會看到一個十118【解題指導】解答此題應把握以下兩點：(1)水的折射率和向空氣射入時的臨界角.(2)光發(fā)生折射時，折射率小的偏折角小.【解題指導】解答此題應把握以下兩點：119【標準解答】水面外的景物射向水面的光線，凡入射角0≤i＜90°時，都能折射入水中被人觀察到(如以下圖).【標準解答】水面外的景物射向水面的光線，凡入射角0≤i＜90120根據(jù)折射定律，在i=90°的臨界條件下所以r=48.5°這樣倒圓錐的頂角θ=2r=97°.水底發(fā)出的光經(jīng)過水面反射也可以進入觀察者的眼中，但是由于“洞〞內有很強的折射光，所以只有在“洞〞外才能看到水底景物經(jīng)水面的反射光，也就是在“洞〞外看到水底景象(如以下圖).光線從空氣中折射入水中，要產(chǎn)生色散現(xiàn)象，紅光的折射率最小，偏向角最小.紫光的折射率最大，偏向角最大.因為眼睛感覺光線是沿直線傳播的，所以從水中看到的彩色“洞〞邊是內紫外紅.根據(jù)折射定律，在i=90°的臨界條件下121【變式訓練】〔2021·福建高考〕如圖，半圓形玻璃磚置于光屏PQ的左下方.一束白光沿半徑方向從A點射入玻璃磚，在O點發(fā)生反射和折射，折射光在光屏上呈現(xiàn)七色光帶.假設入射點由A向B緩慢移動，并保持白光沿半徑方向入射到O點，觀察到各色光在光屏上陸續(xù)消失.在光帶未完全消失之前，反射光的強度變化以及光屏上最先消失的光分別是〔〕A.減弱、紫光B.減弱、紅光C.增強、紫光D.增強、紅光【變式訓練】〔2021·福建高考〕如122【解析】選C.由于入射點由A向B緩慢移動，入射角增大，因此反射光增強，折射光減弱，A、B錯，紫光折射率大，臨界角小，因此在光屏上最先消失的是紫光，C對,D錯，應選C.【解析】選C.由于入射點由A向B緩慢移動，入射角增大，因此反123【典例】(2021·孝感高二檢測)半徑為R的半圓柱形玻璃，橫截面如以下圖，O為圓心，玻璃的折射率為.一束與MN平面成45°的平行光束從空氣射到玻璃的半圓柱面上，經(jīng)玻璃折射后，有局部光能從MN平面上射出，求能從MN射出的光束的寬度為多少？【典例】(2021·孝感高二檢測)半徑為R的半圓柱形玻璃，橫124【解題指導】先確定能射到MN上的光線，再確定能從MN上射出的邊界光線，即可求出射出光束的寬度.【解題指導】先確定能射到MN上的光線，再確定能從MN上射出的125【標準解答】如以下圖，進入玻璃中的光線①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①左側的光線(如：光線②)經(jīng)球面折射后，射在MN上的入射角一定大于臨界角，在MN上發(fā)生全反射，不能射出.光線①右側的光線經(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③與球面相切，入射角θ1=90°，由折射定律知：解得：θ2=45°【標準解答】如以下圖，進入玻璃中的光線①沿半徑方向直126故光線③將垂直MN射出，所以在MN上面射出光束寬度應為OE=Rsinθ2=答案：故光線③將垂直MN射出，所以在MN上面射出光束寬度應為127一、選擇題1.以下說法中正確的選項是()A.因為水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介質B.因為水的折射率小于酒精的折射率，所以水對酒精來說是光疏介質C.同一束光，在光密介質中的傳播速度較大D.同一束光，在光密介質中的傳播速度較小【解析】選B、D.光在各種介質中的傳播速度和介質相對真空的折射率都是不同的.兩種介質相比較,光在其中傳播速度大，而折射率小的介質叫光疏介質；光在其中傳播速度小，而折射率大的介質叫光密介質.一、選擇題1282.光從一種介質射到另一種介質時，全反射發(fā)生在()A.折射率較小的介質中B.折射率較大的介質中C.光速較小的介質中D.入射角小于臨界角【解析】選B、C.光從光密介質射到光疏介質才可能發(fā)生全反射，全反射發(fā)生在折射率較大、光速較小的介質中.2.光從一種介質射到另一種介質時，全反射發(fā)生在()1293.(2021·福州高二檢測)如以下圖為光線由空氣進入全反射玻璃棱鏡、再由棱鏡射入空氣的光路圖.指出哪種情況是可以發(fā)生的()【解析】選A.光垂直等腰直角三角形的某直角邊射入玻璃棱鏡時，在斜邊發(fā)生全反射，故A正確.3.(2021·福州高二檢測)如以下圖為光線由空氣進入全反射1304.(2021·廣州高二檢測)光線在玻璃和空氣的分界面上發(fā)生全反射的條件是()A.光從玻璃射到分界面上，入射角足夠小B.光從玻璃射到分界面上，入射角足夠大C.光從空氣射到分界面上，入射角足夠小D.光從空氣射到分界面上，入射角足夠大【解析】選B.發(fā)生全反射的條件：光由光密介質射入光疏介質；入射角大于或等于臨界角.故B正確.4.(2021·廣州高二檢測)光線在玻璃和空氣的分界面上發(fā)生1315.(2021·南京高二檢測)光線由某種介質射向與空氣的分界面，當入射角大于45°時折射光線消失，由此可斷定這種介質的折射率是()【解析】選B.入射角大于45°時折射光線消失，即這種介質的臨界角C=45°，所以n=故B正確.5.(2021·南京高二檢測)光線由某種介質射向與空氣的分界1326.光從介質a射向介質b，如果要在a、b介質的分界面上發(fā)生全反射，那么必須滿足的條件是()A.光在介質a中的速度必須大于介質b中的速度B.a是光密介質，b是光疏介質C.光的入射角必須大于或等于臨界角D.必須是單色光【解析】選B、C.由折射率大的，在介質中的傳播速度小，根據(jù)全反射的條件，那么