2021-2022高二物理人教版选修3-4导学案：第十三章 第2讲 全反射 Word版含答案

第2讲 全反射
[目标定位] 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.4.知道全反射棱镜的原理．
一、全反射
1．光疏介质和光密介质
(1)折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质． (2)光疏介质与光密介质是相对的． 2．全反射
当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射，假如入射角渐渐增大，折射光离法线会越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强．当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消逝，只剩下反射光，这种现象叫做全反射． 3．临界角
(1)定义：折射角为90°时的入射角叫做临界角． (2)临界角C 与折射率n 的关系：sin C ＝1
n . 4．发生全反射的条件
当光从光密介质射入光疏介质时，假如入射角等于或大于临界角，就会发生全反射现象． 想一想 当光从水中射入玻璃的交界面时，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．要发生全反射必需光从光密介质射入光疏介质．而水相对玻璃是光疏介质，所以不管入射角多大都不行能发生全反射． 二、全反射棱镜
截面为等腰直角三角形的棱镜为全反射棱镜．它比平面镜的反射率高，失真小． 三、光导纤维
1．光导纤维对光的传导原理：利用了全反射原理．
2．光导纤维构造
图13－2－1
由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射(如图13－2－1所示)．
3．光纤通讯的优点是容量大，衰减小，抗干扰性强等.
一、对全反射的理解
1．对光疏介质和光密介质的理解
(1)光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有确定的意义． (2)光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中传播速度小．
(3)光若从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角；反之，光由光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角．
(4)光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的密度大小． 2．全反射
(1)临界角：折射角为90°时的入射角称为全反射的临界角，用C 表示，sin C ＝1n . (2)全反射的条件：①光由光密介质射向光疏介质；②入射角大于或等于临界角．
(3)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． 【例1】 关于全反射，下列叙述中正确的是( ) A ．发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线格外弱 B ．光从光密介质射向光疏介质时，肯定会发生全反射现象 C ．光从光密介质射向光疏介质时，可能不发生全反射现象 D ．光从光疏介质射向光密介质时，可能发生全反射现象
解析 发生全反射时折射光线的能量为零，折射光线消逝，所以选项A 错误；发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角，二者缺一不行，所以选项B 、D 错误．选项C 正确．
答案 C
针对训练 某种介质对空气的折射率是2，一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)( )
解析 由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sin C ＝1n ＝1
2，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． 答案 D
二、全反射棱镜和光导纤维 1．全反射棱镜 (1)特点：
①当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，与平面镜相比，它的反射率很高．
②反射面不必涂敷任何反光物质，反射时失真小．
(2)全反射棱镜转变光路的两种常见状况．如图13－2－2所示．
图13－2－2 2．光导纤维
(1)原理：内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射． (2)优点：容量大，衰减小，抗干扰性强等． (3)应用：光纤通讯；医学上的内窥镜．
【例2】 光导纤维的结构如图13－2－3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13－2－3
A ．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射
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，可以起爱护作用
解析 光导纤维的内芯折射率大于外套的折射率，光在由内芯射向外套时，在其界面处发生全反射，从而使光在内芯中传播，A 对． 答案 A
三、全反射的定量计算
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还是从光密进入光疏介质．(2)若光由光密介质进入光疏介质时，依据sin C ＝1
n 确定临界角，看是否发生全反射．(3)依据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”．(4)运用几何关系(如三角函数、反射定律等)进行推断推理，运算及变换．
【例3】 (2022·课标Ⅱ)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拦住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折射率． 解析 如图，从图形发光面边缘的A 点发出的一条光线射到玻璃上表面A ′点恰好发生全反射，则由sin C ＝1n ①
又由几何关系：sin C ＝L L 2
＋h
2
②
其中
L ＝R －r ③。