4-2全反射(人教版2019選擇性必修第一冊)(原卷版)

第四章光第2節(jié)全反射重點+難點核心素養(yǎng)解讀1.知道光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)，理解它們的相對性.2.知道光的全反射，會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)生全反射并能畫出相應(yīng)的光路圖.4.了解全反射棱鏡和光導(dǎo)纖維．1.物理觀念：理解光的全反射，建立全反射的概念，掌握臨界角的概念．2.科學探究：觀察演示實驗，發(fā)現(xiàn)光的全反射的規(guī)律，歸納全反射發(fā)生的條件．知識點一全反射1．光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)(1)光疏介質(zhì)：折射率較(填“大”或“小”)的介質(zhì)．(2)光密介質(zhì)：折射率較(填“大”或“小”)的介質(zhì)．(3)光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)是(填“相對”或“絕對”)的．2．全反射現(xiàn)象(1)全反射：光從介質(zhì)射入介質(zhì)時，同時發(fā)生折射和反射．當入射角增大到某一角度，使折射角達到90°時，光完全消失，只剩下光的現(xiàn)象．(2)臨界角：剛好發(fā)生全反射，即折射角等于時的入射角．光從射入時，發(fā)生全反射的臨界角C與介質(zhì)的折射率n的關(guān)系是sinC＝eq\f(1,n).(3)全反射發(fā)生的條件①光從介質(zhì)射入介質(zhì)．②入射角臨界角．知識點二全反射棱鏡1．形狀：截面為三角形的棱鏡．2．全反射棱鏡的特點：當光垂直于它的一個界面射入后，都會在其內(nèi)部發(fā)生，與平面鏡相比，它的反射率很高．知識點三光導(dǎo)纖維1．原理：利用了光的．2．構(gòu)造：由內(nèi)芯和外套兩層組成．內(nèi)芯的折射率比外套的，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生．3．光導(dǎo)纖維除應(yīng)用于光纖通信外，還可應(yīng)用于醫(yī)學上的內(nèi)窺鏡等．4．光纖通信的優(yōu)點是傳輸容量、衰減、抗干擾性及保密性強等．易錯易混點一全反射發(fā)生條件易錯易混點1.1對光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)認識不清。例1．下列說法中正確的是()A．因為水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介質(zhì)B．因為水的折射率小于酒精的折射率，所以任何情況下水都是光疏介質(zhì)C．同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較大D．同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較小易錯易混點1.1剖析1．光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)(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)相對性：光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是相對的．任何兩種透明介質(zhì)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斷誰是光疏介質(zhì)或光密介質(zhì)．(3)光疏和光密是從介質(zhì)的光學特性來說的，并不是它的密度大?。?，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介質(zhì)．易錯易混點1.2對全反射發(fā)生條件認識不清。例2．如圖所示為一塊建筑用幕墻玻璃的剖面圖，在其上建立直角坐標系xOy，設(shè)該玻璃的折射率沿y軸正方向均勻發(fā)生變化．現(xiàn)有一單色光a以某一入射角θ由空氣射入該玻璃內(nèi)部，且單色光a在該玻璃內(nèi)部的傳播路徑如圖中實線所示．則玻璃的折射率沿y軸正方向發(fā)生變化的情況是()A．折射率沿y軸正方向均勻減小B．折射率沿y軸正方向均勻增大C．折射率沿y軸正方向先均勻減小后均勻增大D．折射率沿y軸正方向先均勻增大后均勻減小易錯易混點1.2剖析全反射(1)發(fā)生全反射的條件：①光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)．②入射角大于或等于臨界角．(2)當光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，隨著入射角增大，折射角也增大．同時折射光線強度減弱，即折射光線的能量減小，反射光線強度增強，能量增加，當入射角達到臨界角時，折射光線強度減弱到零，反射光線的能量等于入射光的能量．易錯易混點二臨界角易錯易混點2.1對臨界角概念不清晰例3．如圖所示，一束入射光AO從某種介質(zhì)以入射角α射入空氣，以O(shè)點為圓心、R1為半徑畫圓C1，與折射光線OB交于M點，過M點向兩介質(zhì)的交界面作垂線，與入射光線AO的延長線交于N點，以O(shè)點為圓心、ON為半徑畫另一個圓C2，測得該圓的半徑為R2，下列說法中不正確的是()A．該介質(zhì)的折射率為eq\f(R2,R1)B．若光由介質(zhì)射入空氣發(fā)生全反射，則臨界角的正弦值為sinC＝eq\f(R1,R2)C．若過圓C1與界面的交點D作界面的垂線交圓C2于P點，則OP與法線所夾的銳角等于全反射的臨界角D．若入射光的強度保持不變，逐漸增大入射角α，則折射光的強度將逐漸增加易錯易混點2.1剖析臨界角(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(zhì)射向真空或空氣時，若剛好發(fā)生全反射，則折射角恰好等于90°，n＝eq\f(sin90°,sinC)，即sinC＝eq\f(1,n).(3)不同色光的臨界角：不同顏色的光由同一介質(zhì)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．易錯易混點2.2對全反射光路圖不清晰例4.一束光以45°的入射角從AB面射入如圖所示的透明三棱鏡中，棱鏡折射率n＝eq\r(2).試求光在AB面的折射角，并在圖中畫出該光束在棱鏡中的光路．易錯易混點2.2剖析求解全反射問題的思路1．求解全反射問題的步驟(1)確定光是由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)還是由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)．(2)若光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，則根據(jù)sinC＝eq\f(1,n)確定臨界角，看是否發(fā)生全反射．(3)根據(jù)題設(shè)條件，畫出入射角等于臨界角的臨界光路．(4)運用幾何關(guān)系、三角函數(shù)關(guān)系、反射定律等進行判斷推理、運算及變換，從而進行動態(tài)分析或定量計算．2．求光線照射的范圍時，關(guān)鍵是找出邊界光線，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(guān)鍵是確定光線在什么位置時入射角等于臨界角．針對訓(xùn)練1.(多選)關(guān)于全反射，下列說法正確的是()A．光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時可能發(fā)生全反射B．光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時可能發(fā)生全反射C．光從折射率大的介質(zhì)射向折射率小的介質(zhì)時可能發(fā)生全反射D．光從傳播速度小的介質(zhì)射向傳播速度大的介質(zhì)時可能發(fā)生全反射2.(多選)如圖所示，ABCD是兩面平行的足夠大的透明玻璃磚，AB面和CD面是玻璃和空氣的分界面，分別設(shè)為界面Ⅰ和界面Ⅱ.光線從界面Ⅰ射入玻璃磚，再從界面Ⅱ射出，回到空氣中，如果改變光到達界面Ⅰ時的入射角，則()A．只要入射角足夠大，光線在界面Ⅰ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Ⅱ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Ⅰ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Ⅱ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象3.水中的空氣泡、玻璃中的空氣泡，看上去比較亮，對這一現(xiàn)象表述正確的是()A．空氣泡對光線有會聚作用B．空氣泡對光線有發(fā)散作用C．從空氣泡到達水或玻璃與氣泡分界面處的光一部分發(fā)生全反射形成的D．從水中或玻璃中射到空氣泡界面處的光一部分發(fā)生全反射形成的4.空氣中兩條光線a和b從方框左側(cè)入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖所示．方框內(nèi)有兩個折射率n＝1.5的全反射玻璃棱鏡．下列選項給出了兩棱鏡的四種放置方式的示意圖．其中能產(chǎn)生圖中效果的是()5.光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)如圖所示，其內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播，下列關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法正確的是()A．內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射B．內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射C．內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生折射D．內(nèi)芯的折射率與外套的相同，外套的材料有韌性，可以起保護作用6.(2022·福州一中月考)如圖所示，一玻璃工件折射率為n，左側(cè)是半徑為R的半球體，右側(cè)是長為8R、直徑為2R的圓柱體，一細光束頻率為f，沿半球體半徑方向射入工件，最終這束光都能到達圓柱體的右端面，忽略光在圓柱體端面的反射，已知光在真空中的傳播速度為c.求：(1)光在玻璃工件中的波長；(2)光在工件中傳播的最長時間．7.自行車上的紅色尾燈不僅是裝飾品，也是夜間騎車的安全指示燈，它能把來自后面的光線反射回去，某種自行車尾燈可簡化為由許多整齊排列的等腰直角棱鏡(折射率n>eq\r(2))組成，棱鏡的橫截面如圖所示，一平行于橫截面的光線從O點垂直AB邊射入棱鏡，先后經(jīng)過AC和CB邊反射后，從AB邊的O′點射出，則出射光線是()A．平行于AC邊的光線①B．平行于入射光線的光線②C．平行于CB邊的光線③D．沿AB邊的光線④8.如圖所示是兩個城市間光纜中的一條光導(dǎo)纖維的一段，光纜總長為L，它的玻璃芯的折射率為n1，外層材料的折射率為n2.若光在空氣中的傳播速度近似為c，則對于光由它的一端射入經(jīng)多次全反射后從另一端射出的過程，下列判斷中正確的是()A．n1<n2，光通過光纜的時間等于eq\f(n1L,c)B．n1<n2，光通過光纜的時間大于eq\f(n1L,c)C．n1>n2，光通過光纜的時間等于eq\f(n1L,c)D．n1>n2，光通過光纜的時間大于eq\f(n1L,c)9.如圖所示，一束單色光沿半圓柱形玻璃磚的半徑垂直于ab面入射，有光線從ab面射出．以O(shè)點為圓心，將玻璃磚緩慢轉(zhuǎn)過θ角時，恰好沒有光線從ab面射出，則該玻璃磚的折射率為()A.eq\f(1,sin\f(θ,2)) B.eq\f(1,sinθ)C.eq\f(1,sin2θ) D.eq\f(1,2sinθ)10.