鲁科版选修34 4.2光的全反射 学案.docx

2光的全反射知识内容光的全反射考试要求必考加试b课时要求1.区分光疏介质和光密介质.2.了解全反射，知道其产生条件.3.知道光导纤维和全反射棱镜，了解它们的应用.4.会计算全反射临界角.一、全反射导学探究如图1，让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化图1(1)在入射角逐渐增大时，折射角的大小如何变化？(2)在入射角逐渐增大时，反射光线和折射光线的亮度如何变化？(3)折射界面两侧的介质的折射率有何不同？答案(1)逐渐增大入射角，会看到折射光线离法线越来越远，折射角逐渐增大(2)折射光线越来越弱，反射光线越来越强当入射角增大到某一角度，使折射角达到90时，折射光线完全消失，只剩下反射光线(3)入射侧介质的折射率较大，折射侧介质的折射率较小知识梳理对全反射的理解1光疏介质和光密介质两种介质相比较，折射率较大的介质叫光密介质，折射率较小的介质叫光疏介质任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判定谁是光疏介质或光密介质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，折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象(2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90时的入射角用字母c表示，sin c.(3)全反射发生的条件光从光密介质射入光疏介质入射角大于或等于临界角即学即用判断下列说法的正误(1)光发生全反射时，折射光线消失，只剩下反射光线()(2)光从一种介质进入另一种介质时，只要入射角足够大就一定会发生全反射现象()(3)折射率大的介质就是光密介质()(4)光由介质进入空气，介质的折射率越大，临界角越小()二、全反射棱镜导学探究如图2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？图2答案45能发生全反射45能发生全反射知识梳理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901800(发生侧移)即学即用判断下列说法的正误(1)制作全反射棱镜的材料的折射率一定大于.()(2)全反射棱镜可以使光线传播的方向改变180.()(3)全反射棱镜可以使光线传播的方向改变90.()(4)用任意一种材料制作的等腰直角三棱镜都是全反射棱镜()(5)全反射棱镜和平面镜相比，反射光比入射光能量损失要小()三、光导纤维导学探究如图3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3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知识梳理光导纤维的原理及应用1光导纤维由折射率较高的玻璃内芯和折射率较低的外层透明介质组成当光在玻璃棒内传播时，如果从玻璃射向空气的入射角大于临界角，光会发生全反射，于是光在玻璃棒内沿着锯齿形路线传播2光纤通信利用了光的全反射原理，它的优点是容量大、衰减小、抗干扰能力强等3光导纤维的应用：(1)内窥镜；(2)光纤通信即学即用判断下列说法的正误(1)光纤通信是利用光作为载体来传递信息()(2)光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理()(3)光在光导纤维中传播的速度小于光在真空中的光速c.()(4)光导纤维内芯的折射率大于外套的折射率，光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射()一、对全反射的理解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)若光由光密介质进入光疏介质时，则根据sin c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1(多选)如图4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4a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，则光线bo的反射光线比光线co的反射光线的亮度大答案acd解析三条光线沿着指向圆心的方向由空气射向玻璃砖，在玻璃砖界面，它们的入射角为零，均不会偏折在玻璃砖直径界面，光线ao的入射角最大，光线co的入射角最小，它们都是从光密介质射向光疏介质，都有发生全反射的可能如果只有一条光线发生了全反射，那一定是ao光线，因为它的入射角最大，所以选项a对假若光线bo能发生全反射，说明它的入射角等于或大于临界角，光线ao的入射角更大，所以，光线ao一定能发生全反射，光线co的入射角可能大于或等于临界角，也可能小于临界角，因此，光线co不一定能发生全反射所以选项b错，c对假若光线ao恰能发生全反射，则光线bo和光线co都不能发生全反射，但光线bo的入射角更接近于临界角，所以，光线bo的反射光线较光线co的反射光线强，即光线bo的反射光线亮度较大，所以d对1光的反射和全反射均遵循光的反射定律，光路均是可逆的2光线射向两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射入射角等于临界角时，折射角等于90，实际上已经没有折射光线了例2一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯，图5为过轴线的截面图，调整入射角，使光线恰好在水和空气的界面上发生全反射，已知水的折射率为，求sin 的值图5答案解析当光线在水面发生全反射时，有sin c当光线从左侧射入时，由折射定律有n联立以上两式，代入数据可得sin 针对训练(多选)(2016乐清芙蓉中学高二下学期月考)如图6所示，mm是空气与某种介质的界面，一条光线从空气射入介质的光路如图所示，那么根据该光路图作出下列判断中正确的是()图6a该介质的折射率为b光在介质中的传播速度为c (c为真空中光速)c光线从介质射向空气时有可能发生全反射d光线由介质射向空气时发生全反射的临界角大于45答案bcd解析由题图知，入射角160，折射角245，则折射率为n，故a错误；光在介质中的传播速度vc，故b正确；光线从介质射向空气时，只要入射角大于等于临界角就能发生全反射，故c正确；设光线由介质射向空气时发生全反射的临界角为c，则sin csin 45，则得：c45，故d正确二、全反射的应用应用全反射解决实际问题的解题要点(1)把握“恰好全反射”“刚好全反射”所暗示的信息(2)明确光在介质中的传播速度与真空中光速的关系(3)常用到的数学公式：sin(c)cos c，cos c.例3如图7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n.(已知光在真空中的传播速度为c)图7答案解析设介质的折射率为n，则有sin sin cnt由以上三式解得t，所以n例4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8所示方框内有两个折射率n1.5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8答案b解析四个选项的光路图如图：可知b项正确1(2016慈溪高二检测)华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理学奖，他被誉为“光纤通讯之父”光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图9所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播下列关于光导纤维的说法中正确的是()图9a内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射b内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射c波长越短的光在光纤中传播的速度越大d频率越大的光在光纤中传播的速度越大答案b解析当内芯的折射率比外套的大时，光传播时在内芯与外套的界面上才能发生全反射，a错误，b正确；波长越短的光，频率越大，介质对它的折射率n越大，根据公式v，光在光纤中传播的速度越小，c、d错误2(2016乐清芙蓉中学高二下学期月考)如图所示是光线由空气进入全反射玻璃棱镜、再由棱镜射入空气的光路图指出哪种情况是可以发生的()答案a解析光线垂直射入棱镜，方向不变，射到棱镜斜面上时，入射角大于棱镜的临界角(大约42)，而发生全反射，由于入射角为45，则反射角等于45，反射光线再垂直射出棱镜，故此光路是可以发生的，故a光路可以，b、c、d不可以，故a正确，b、c、d错误3如图10所示，一束单色光沿半圆柱形玻璃砖的半径垂直ab面入射，有光线从ab面射出以o点为圆心，将玻璃砖缓慢转过角时，恰好没有光线从ab面射出，则该玻璃砖的折射率为()图10a. b.c. d.答案b解析玻璃砖转过角，法线也转过角，则光线的入射角为，此时恰好发生全反射，因而临界角c，所以n.4(2016仙居高二检测)打磨某剖面如图11所示的宝石时，必须将op、oq边与轴线的夹角切磨在12的范围内，才能使从mn边垂直入射的光线，在op边和oq边都发生全反射(仅考虑如图所示的光线第一次射到op边并反射到oq过后射向mn边的情况)，则下列判断正确的是()图11a若2，光线一定在op边发生全反射b若2，光线会从oq边射出c若1，光线会从op边射出d若1，光线会在op边发生全反射答案d解析由全反射的临界角满足sin c，则入射角满足ic时发生全反射，作出光路，当2时，根据几何关系可知光线在op边上的入射角较小，光线将从po边射出，a、b错误；同理，当1时，光线在po边上的入射角较大，大于临界角，光线将在po边上发生全反射，c错误，d正确一、选择题1(多选)(2016天台高二检测)以下现象中是由于光的全反射形成的是()a将空玻璃试管插入水中看上去比充满水的试管要亮得多b夜晚，湖面上映出了岸上的彩灯c夏天，海面上出现的海市蜃楼d在炎热的夏天，向远处的柏油马路看去，路面特别明亮光滑，像用水淋过一样答案acd2(多选)关于全反射，下列说法中正确的是()a发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线b光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射c光线从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射d水或玻璃中的气泡看起来特别亮，是因为一部分光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生了全反射答案cd解析光从光密介质射向光疏介质时，当入射角增大到某一角度后，折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象叫全反射，故a、b错误，c正确；光从水或玻璃射向气泡时，一部分光线在界面发生了全反射，即反射光增强，透射光减弱，就使气泡看起来特别亮，d正确3光线从折射率为的介质中射向空气，如果入射角为60，下图所示光路正确的是()答案c解析根据sin c可求出临界角为45，由于入射角大于临界角，则必定发生全反射，因此只有反射光线而无折射光线4(2016宁波北仑中学高二第学期期中)光导纤维的结构如图1所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播以下关于光导纤维的说法正确的是()图1a内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射b内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射c内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生折射d内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用答案a解析光导纤维很细，它的直径只有几微米到一百微米，它由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射5. (多选)一束光从空气射向折射率为n的某种玻璃的表面，如图2所示，i表示入射角，r表示折射角，则()图2a当i45时，会发生全反射现象b无论入射角i是多大，折射角r都不会超过45c欲使折射角r30，光线应以i45的角度入射d当tan i时，反射光线跟入射光线恰好互相垂直答案bc解析光从空气(光疏介质)向玻璃(光密介质)中射入时，无论i多大，都不会发生全反射现象；当i90时，由n得sin r，即r45，当i变小时，r变小，即r45；当r30时，则sin insin r，所以i45；当tan i时，由n知，r90i，则此时反射光线与折射光线互相垂直6(2016嘉兴一中高二第二学期期中)空气中两条光线a和b从图3所示的方框左侧平行入射，又从方框的上方平行射出，如图所示，方框内放置了一个折射率为n1.5的等腰直角玻璃三棱镜下列四幅图中给出了等腰直角玻璃三棱镜的放置方式，其中正确的是()图3答案d7.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4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边和cb边反射后，从ab边的o点射出，则出射光线是()图4a平行于ac边的光线b平行于入射光线的光线c平行于cb边的光线d平行于ab边的光线答案b解析因为折射率n，该棱镜为全反射棱镜，入射光线在ac边和cb边经过两次全反射，方向改变180，出射光线为.选项b正确8.如图5，一个三棱镜的截面为等腰直角abc，a为直角此截面所在平面内的光线沿平行于bc边的方向射到ab边，进入三棱镜后直接射到ac边上，并刚好能发生全反射该三棱镜材料的折射率为()图5a. b. c. d.答案a解析设三棱镜的折射率为n，光路图如图所示，由折射定律得n又n，