高中物理核心要点突破系列课件：第19章第三节《全反射》(人教版选修3-4)
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
答案：见解析
知能优化训练
本部分内容讲解结束
按ESC键退出全屏播放 点此进入课件目录 谢谢使用
d n2－1.
答案：r＋
d n2－1
涉及全反射的光路问题
例3如图19－3－4所示为一直角棱镜的横截面， ∠bac＝90°，∠abc＝60°.一平行细光束从O 点沿垂直于bc面的方向射入棱镜．已知棱镜材料 的折射率n＝，若不考虑原入射光在bc面上的反 射光，则有光线( ) A．从ab面射出 B．从ac面射出 C．从bc面射出，且与bc面斜交 图19－3－4 D．从bc面射出，且与bc面垂直
解析：选D. 水中气泡是光疏介质，光经过水射向 气泡时，一部分光会发生全反射，有更多的光反 射入人眼，所以人会感到特别明亮．
临界问题的计算
例2 (2010 年高考重庆理综卷)如图 19－3－2 所示， 空气中有一折射率为 2的玻璃柱体，其横截面是圆 心角为 90°.半径为 R 的扇形 OAB.一束平行光平行于 横截面，以 45°入射角照射到 OA 上，OB 不透光．若 只考虑首次入射到圆弧 上的光，则上有光透出部分 的弧长为( )
第三节 全反射
第三节
目标概览 课前自主学案 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练
目标概览
学习目标：1.知道什么是光疏介质、光密介质． 2．理解光的全反射现象以及发生条件． 3．理解临界角的概念，会判断是否发生全反射， 并能解决有关问题． 4．知道光导纤维及其应用． 重点难点：1.发生全反射的条件． 2．临界角的计算及解决有关全反射的问题．
1 A.6πR
1 C.3πR
图19－3－2 1
B.4πR 5
D.12πR
【解析】 设其中一条光线射到 OA 面上时，经折
射至上刚好有光透出，即图 19－3－3 中 C 为临界
角，则有光透出的弧为.由折射率的定义 n＝sisnin4θ5°
＝
2，所以
θ＝30°，而
sinC＝n1＝
1＝ 2
22，所以
C
＝45°.在△DEO 中，∠DEO＝θ＋90°＝30°＋90°＝
图19－3－3
120°，所以∠AOD＝180°－C－∠DEO＝15°，而∠ DOB＝75°＝152π.又因为射到 O 点的光线发生折射后 的折射光线如图所示，其中 β 角范围内没有光线存 在，故部分无光线射出．综合以上两因素，有光线 从 透出的部分即为部分，设其对应圆心角为 α，则 α＝∠DOB－β＝75°－30°＝45°.所以长度为π4R，故本 题正确选项为 B.
射．
容量大
2．衰光减纤小通信的主要优抗点干是扰_性__强________ 、
___________ 、___________________．
核心要点突破
一、理解全反射现象 要理解全反射现象，就要注意观察“光从水中射 入空气”的演示实验中入射光、反射光、折射光 的方向变化及能量分配关系： 1．折射角和反射角都随着入射角的增大而增大， 但折射角增大的更快 .
图中 S 点为圆形发光面边缘上一wk.baidu.com，由该点发出的
光线能射出玻璃板的范围由临界光线 SA 确定，当
入射角大于临界角 C 时，光线就不能射出玻璃板了．
图中 Δr＝dtanC＝dcsionsCC，
而 sinC＝n1，则 cosC＝
nn2－1，所以 Δr＝
d n2－1.
故应贴圆纸片的最小半径 R＝r＋Δr＝r＋
变式训练 3 (2011 年海南海口模拟)一束光波以 45° 的入射角，从 AB 面射入如图 19－3－6 所示的透 明三棱镜中，棱镜折射率 n＝ 2.试求光进入 AB 面 的折射角，并在图上画出该光束在棱镜中的光路．
图19－3－6
解析：sinr＝sinni＝2 22＝12，r＝30° 由 sinC＝n1＝ 22，得 C＝45°. 光在 AC 面发生全反射，并垂直 BC 面射出．
课前自主学案
一、光密介质和光疏介质 两种介质相比较，折射率大的介质叫___光_密____介 质，折射率小的介质叫__光__疏___介质． 1．光密介质和光疏介质是相对的，如酒精相对于 水来说是光密介质，酒精相对于玻璃来说是光疏 介质． 2．光从光疏介质射入光密介质时，折射角 小于 ______入射角；光从光密介质进入光疏介质时， 折大射于角_________入射角．
二、应用全反射解决实际问题的基本方法 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 sinC＝ n1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．
课堂互动讲练
利用光的全反射解释自然现象 例1 (2011年东城模拟)夏天，海面上的下层空气 的温度比上层空气的温度低．可以设想海面上的 空气是由折射率不同的许多水平气层组成的，远 处的景物发出的光线由于不断被折射，越来越偏 离原来的方向，以至发生全反射．人们逆着光线 看去就出现了蜃景，如图19－3－1所示．下列说 法中正确的是( )
【点评】 海市蜃楼，夏天柏油路面特别明亮， 都是由于全反射而形成的现象，对此类问题的分 析应把握以下两点： (1)空气不能看作是一种均匀介质，应看作是一层 一层的折射率不同的介质． (2)空气折射率的比较要借助于光路，分析不同层 之间传播时的入射角和折射角，或是分析全反射 发生的界面．
变式训练1 水中的空气泡看上去比较亮，对这一 现象有以下不同的解释，其中正确的是( ) A．空气泡对光线有会聚作用，因而较亮 B．空气泡对光线有发散作用，因而较亮 C．从空气泡到达水中的界面处的光一部分发生 全反射，因而较亮 D．从水中到达空气泡的界面处的光一部分发生 全反射，因而较亮
三、光导纤维及光纤通信
1．光导纤维是__非__常__细_____的特制 玻璃丝
___________ 几，微直米径到只一有百微米
______________________之间．全光反导射纤维对光
有传导作用，是利用内了芯_和__外_套_______的原理，光
传播时在_______________的界面上发生全反
【答案】 B 【点评】 折射类问题的分析方法一般是先作出 光路图，借助图形找出几何关系，尤其是注意在 可能出现全反射情形下的折射问题．要点是求出 临界角．
变式训练2 在厚度为d、折射率为n的大玻璃板 下表面，有一个半径为r的圆形发光面．为了从玻 璃板的上方看不见这个圆形发光面，可在玻璃板 的上表面贴一块圆形纸片，问所贴纸片的最小半 径应为多大？ 解析：根据题述，画出光路图如图所示．
【自主解答】 因为 n＝ 2，临界角 C＝45°，如 图 19－3－5 所示，∠1＝60°>C，则发生全反射， 由几何知识，∠2＝30°<C，则既有反射，又有折 射，∠3＝30°，光线从 bc 面垂直射出，∠4＝45°， 光线从 ac 面射出，所以选项 B、D 正确．
图19－3－5
【答案】 BD 【点评】 结合全反射的条件，画出光路图是解 决此类问题的关键．
2．从能量角度看，光在两种介质分界面上发生反 射和折射时，若不计介质的吸收，入射光能量会分 配成在反射和折射两部分，随着入射角的增大反射 光增强，折射光减弱． 3．当光从光密介质射向光疏介质时，当入射角增 大到等于临界角时，折射角等于90°，这时，折射 光的能量减小为零，折射光线已经消失，折射光能 量全部转变为反射光的能量．
二、全反射 1．全反射 光从__光_密____介质射向_光__疏____介质时，当入射 角超过某一角度C(临界角)时，折射光线 __完__全__消_失_______，只剩下_反_射______光线的现象 叫全反射．
2．临界角 C 折射角等于___9_0_°___时的入射角叫做临界角．
特别地，当光从某种介质射向真空(或空气)时， 临界角 C 满足：n＝ssinin9C0°＝sin1C. 3．全反射的条件 (1)光线从__光__密____介质射入_光__疏_____介质． (2)入射角_大__于__或__等__于___临界角．
图19－3－1
A．蜃景是景物由于海平面对光的反射所成的像 B．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率 大 C．A是蜃景，B是景物 D．B是蜃景，A是景物 【思路点拨】 理解蜃景的形成关键在于理解蜃景 形成的光路，本题可借助于题中的图帮助理解．
【解析】 由题意可知，蜃景是光线全反射而形 成的，并不是平面镜所成的像，因此，A错误. 由 光的传播光路可知，光线由下层向上层传播时发 生全反射，因此，下层折射率大，是光密介质， B错．B是实物，A是逆着光线看到的，所以A是 蜃景，C正确，D错误． 【答案】 C
知能优化训练
本部分内容讲解结束
按ESC键退出全屏播放 点此进入课件目录 谢谢使用
d n2－1.
答案：r＋
d n2－1
涉及全反射的光路问题
例3如图19－3－4所示为一直角棱镜的横截面， ∠bac＝90°，∠abc＝60°.一平行细光束从O 点沿垂直于bc面的方向射入棱镜．已知棱镜材料 的折射率n＝，若不考虑原入射光在bc面上的反 射光，则有光线( ) A．从ab面射出 B．从ac面射出 C．从bc面射出，且与bc面斜交 图19－3－4 D．从bc面射出，且与bc面垂直
解析：选D. 水中气泡是光疏介质，光经过水射向 气泡时，一部分光会发生全反射，有更多的光反 射入人眼，所以人会感到特别明亮．
临界问题的计算
例2 (2010 年高考重庆理综卷)如图 19－3－2 所示， 空气中有一折射率为 2的玻璃柱体，其横截面是圆 心角为 90°.半径为 R 的扇形 OAB.一束平行光平行于 横截面，以 45°入射角照射到 OA 上，OB 不透光．若 只考虑首次入射到圆弧 上的光，则上有光透出部分 的弧长为( )
第三节 全反射
第三节
目标概览 课前自主学案 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练
目标概览
学习目标：1.知道什么是光疏介质、光密介质． 2．理解光的全反射现象以及发生条件． 3．理解临界角的概念，会判断是否发生全反射， 并能解决有关问题． 4．知道光导纤维及其应用． 重点难点：1.发生全反射的条件． 2．临界角的计算及解决有关全反射的问题．
1 A.6πR
1 C.3πR
图19－3－2 1
B.4πR 5
D.12πR
【解析】 设其中一条光线射到 OA 面上时，经折
射至上刚好有光透出，即图 19－3－3 中 C 为临界
角，则有光透出的弧为.由折射率的定义 n＝sisnin4θ5°
＝
2，所以
θ＝30°，而
sinC＝n1＝
1＝ 2
22，所以
C
＝45°.在△DEO 中，∠DEO＝θ＋90°＝30°＋90°＝
图19－3－3
120°，所以∠AOD＝180°－C－∠DEO＝15°，而∠ DOB＝75°＝152π.又因为射到 O 点的光线发生折射后 的折射光线如图所示，其中 β 角范围内没有光线存 在，故部分无光线射出．综合以上两因素，有光线 从 透出的部分即为部分，设其对应圆心角为 α，则 α＝∠DOB－β＝75°－30°＝45°.所以长度为π4R，故本 题正确选项为 B.
射．
容量大
2．衰光减纤小通信的主要优抗点干是扰_性__强________ 、
___________ 、___________________．
核心要点突破
一、理解全反射现象 要理解全反射现象，就要注意观察“光从水中射 入空气”的演示实验中入射光、反射光、折射光 的方向变化及能量分配关系： 1．折射角和反射角都随着入射角的增大而增大， 但折射角增大的更快 .
图中 S 点为圆形发光面边缘上一wk.baidu.com，由该点发出的
光线能射出玻璃板的范围由临界光线 SA 确定，当
入射角大于临界角 C 时，光线就不能射出玻璃板了．
图中 Δr＝dtanC＝dcsionsCC，
而 sinC＝n1，则 cosC＝
nn2－1，所以 Δr＝
d n2－1.
故应贴圆纸片的最小半径 R＝r＋Δr＝r＋
变式训练 3 (2011 年海南海口模拟)一束光波以 45° 的入射角，从 AB 面射入如图 19－3－6 所示的透 明三棱镜中，棱镜折射率 n＝ 2.试求光进入 AB 面 的折射角，并在图上画出该光束在棱镜中的光路．
图19－3－6
解析：sinr＝sinni＝2 22＝12，r＝30° 由 sinC＝n1＝ 22，得 C＝45°. 光在 AC 面发生全反射，并垂直 BC 面射出．
课前自主学案
一、光密介质和光疏介质 两种介质相比较，折射率大的介质叫___光_密____介 质，折射率小的介质叫__光__疏___介质． 1．光密介质和光疏介质是相对的，如酒精相对于 水来说是光密介质，酒精相对于玻璃来说是光疏 介质． 2．光从光疏介质射入光密介质时，折射角 小于 ______入射角；光从光密介质进入光疏介质时， 折大射于角_________入射角．
二、应用全反射解决实际问题的基本方法 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 sinC＝ n1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．
课堂互动讲练
利用光的全反射解释自然现象 例1 (2011年东城模拟)夏天，海面上的下层空气 的温度比上层空气的温度低．可以设想海面上的 空气是由折射率不同的许多水平气层组成的，远 处的景物发出的光线由于不断被折射，越来越偏 离原来的方向，以至发生全反射．人们逆着光线 看去就出现了蜃景，如图19－3－1所示．下列说 法中正确的是( )
【点评】 海市蜃楼，夏天柏油路面特别明亮， 都是由于全反射而形成的现象，对此类问题的分 析应把握以下两点： (1)空气不能看作是一种均匀介质，应看作是一层 一层的折射率不同的介质． (2)空气折射率的比较要借助于光路，分析不同层 之间传播时的入射角和折射角，或是分析全反射 发生的界面．
变式训练1 水中的空气泡看上去比较亮，对这一 现象有以下不同的解释，其中正确的是( ) A．空气泡对光线有会聚作用，因而较亮 B．空气泡对光线有发散作用，因而较亮 C．从空气泡到达水中的界面处的光一部分发生 全反射，因而较亮 D．从水中到达空气泡的界面处的光一部分发生 全反射，因而较亮
三、光导纤维及光纤通信
1．光导纤维是__非__常__细_____的特制 玻璃丝
___________ 几，微直米径到只一有百微米
______________________之间．全光反导射纤维对光
有传导作用，是利用内了芯_和__外_套_______的原理，光
传播时在_______________的界面上发生全反
【答案】 B 【点评】 折射类问题的分析方法一般是先作出 光路图，借助图形找出几何关系，尤其是注意在 可能出现全反射情形下的折射问题．要点是求出 临界角．
变式训练2 在厚度为d、折射率为n的大玻璃板 下表面，有一个半径为r的圆形发光面．为了从玻 璃板的上方看不见这个圆形发光面，可在玻璃板 的上表面贴一块圆形纸片，问所贴纸片的最小半 径应为多大？ 解析：根据题述，画出光路图如图所示．
【自主解答】 因为 n＝ 2，临界角 C＝45°，如 图 19－3－5 所示，∠1＝60°>C，则发生全反射， 由几何知识，∠2＝30°<C，则既有反射，又有折 射，∠3＝30°，光线从 bc 面垂直射出，∠4＝45°， 光线从 ac 面射出，所以选项 B、D 正确．
图19－3－5
【答案】 BD 【点评】 结合全反射的条件，画出光路图是解 决此类问题的关键．
2．从能量角度看，光在两种介质分界面上发生反 射和折射时，若不计介质的吸收，入射光能量会分 配成在反射和折射两部分，随着入射角的增大反射 光增强，折射光减弱． 3．当光从光密介质射向光疏介质时，当入射角增 大到等于临界角时，折射角等于90°，这时，折射 光的能量减小为零，折射光线已经消失，折射光能 量全部转变为反射光的能量．
二、全反射 1．全反射 光从__光_密____介质射向_光__疏____介质时，当入射 角超过某一角度C(临界角)时，折射光线 __完__全__消_失_______，只剩下_反_射______光线的现象 叫全反射．
2．临界角 C 折射角等于___9_0_°___时的入射角叫做临界角．
特别地，当光从某种介质射向真空(或空气)时， 临界角 C 满足：n＝ssinin9C0°＝sin1C. 3．全反射的条件 (1)光线从__光__密____介质射入_光__疏_____介质． (2)入射角_大__于__或__等__于___临界角．
图19－3－1
A．蜃景是景物由于海平面对光的反射所成的像 B．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率 大 C．A是蜃景，B是景物 D．B是蜃景，A是景物 【思路点拨】 理解蜃景的形成关键在于理解蜃景 形成的光路，本题可借助于题中的图帮助理解．
【解析】 由题意可知，蜃景是光线全反射而形 成的，并不是平面镜所成的像，因此，A错误. 由 光的传播光路可知，光线由下层向上层传播时发 生全反射，因此，下层折射率大，是光密介质， B错．B是实物，A是逆着光线看到的，所以A是 蜃景，C正确，D错误． 【答案】 C