高中物理 第四章 光的折射 3 光的全反射学案 教科版选修3-4-教科版高二选修3-4物理学案VIP免费

3光的全反射[学习目标]1.知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念.2.理解全反射的条件，能计算有关问题和解释相关现象.3.了解光导纤维的工作原理和光导纤维在生产、生活中的应用.一、全反射现象及条件1.光密介质和光疏介质(1)对于两种介质来说，光在其中传播速度较小的介质，即折射率较大的介质叫光密介质；光在其中传播速度较大的介质，即折射率较小的介质叫光疏介质.(2)光疏介质和光密介质是相对的.2.全反射(1)定义：光从光密介质射到光疏介质的界面时，全部被反射回原介质的现象.(2)全反射的条件①光需从光密介质射至光疏介质的界面上.②入射角必须等于或大于临界角.(3)临界角①定义：光从某种介质射向真空或空气时使折射角变为90°时的入射角，称作这种介质的临界角.②临界角C与折射率n的关系：sinC＝.二、全反射的应用——光导纤维1.光纤的工作原理：由于有机玻璃的折射率大于空气的折射率，当光从有机玻璃棒的一端射入时，可以沿着有机玻璃棒的表面发生多次全反射，从另一端射出.2.光导纤维的构造：由两种折射率不同的玻璃制成，分内、外两层，内层玻璃的折射率比外层玻璃的折射率大.当光从一端进入光纤时，将会在两层玻璃的界面上发生全反射.3.光纤通信的优点是容量大、衰减小、抗干扰能力强、传输速率高.4.应用：光纤通信；医学上的内窥镜.[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)光在光导纤维中的传播速度小于光在真空中的光速c.(√)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1答案能介质真空45°一、全反射[导学探究]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.[知识深化]发生全反射的条件(1)光从光密介质射至光疏介质.(2)入射角大于或等于临界角.以上两个条件缺一不可.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)()答案D解析由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sinC＝＝，得C＝45°＜θ1＝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.全反射遵循的规律：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，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用.二、全反射的应用——光导纤维[导学探究]如图2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？图2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.例2如图3所示，AB为光导纤维，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.(已知光在真空中的传播速度为c)图3答案解析设光导纤维所用材料的折射率为n，则有sinα＝sinC＝n＝t＝＝由以上三式解得t＝＝，所以n＝.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.三、全反射的定量计算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，运算及变换进行动态分析或定量计算.例3一厚度为h的大平板玻璃水平放置，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(...