人教版高中物理选择性必修第一册第4章2全反射课件

[跟进训练] 2．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，其框外光线如图所示，方框内有两个折射率 n＝1.5的全反射棱镜。下列选项中给出了两个棱镜的四种 放置方式的示意图，其中能满足题意的是( )
A
√B
C
D
B [四个选项中棱镜产生的光路效果如图所示，由光路图知，选项 B满足题意。]
D [当光从水中或玻璃中射到空气泡的界面处时，一部分光的入射角大 于或等于临界角，发生了全反射现象，所以水中的空气泡和玻璃中的空 气泡看起来比较亮。故选D。]
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3．如图所示的长直光纤，柱芯为玻璃，外层用折射率比玻璃小的介质包 覆。若光线自光纤左端进入，与中心轴的夹角为θ，则下列有关此光线传 播方式的叙述，正确的是( ) A．不论θ为何值，光线都不会发生全反射 B．不论θ为何值，光线都会发生全反射
【典例1】 (2022·全国甲卷)如图，边长为a的正方形ABCD为一棱 镜的横截面，M为AB边的中点。在截面所在平面内，一光线自M点 射入棱镜，入射角为60°，经折射后在BC边的N点恰好发生全反 射，反射光线从CD边的P点射出棱镜。求棱镜的折射率以及P、C两 点之间的距离。
√
知识点二 全反射棱镜和光导纤维
√D．只有矿道空气中瓦斯达到危险浓度时，这束红光才能从棱镜2射出
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D [因为棱镜对红光的折射率为1.5，所以当一束红光从棱镜1的左 侧垂直射入时，在棱镜1的斜边的入射角为45°，正常情况下会发 生全反射，所以正常情况下这束红光不能通过棱镜2射出，故A错 误；因为绿光的折射率比红光大，故将入射光改成绿光不能提高瓦 斯检测的灵敏度，故B错误；当矿道空气中瓦斯的浓度足够大时， 这束红光才能从棱镜2射出，故C错误，D正确。]
√C．θ够小时，光线才会发生全反射
D．θ够大时，光线才会发生全反射 C [发生全反射的条件是光由光密介质射入光疏介质及入射角i要大于或 等于临界角C，即光线传播到光纤侧面时的入射角 i应满足i＝90°－ θ≥C，θ≤90°－C，故选项C正确。]
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4．(2022·江苏太仓高级中学月考)瓦斯是无色、无味、透明的气体，折 射率比空气大。如图所示的是煤矿安保系统中常用的一种逻辑判断元 件，这种元件的“核心构件”是两个完全相同的、截面为等腰直角三角 形的棱镜，两棱镜被平行拉开一小段距离，形成的通道与矿道大气相 通。棱镜对红光的折射率为1.5，一束红光从棱 镜1的左侧垂直射入，下列说法正确的是( ) A．正常情况下这束红光能通过棱镜2射出 B．将入射光改成绿光能提高瓦斯检测的灵敏度 C．只要矿道空气中存在瓦斯，这束红光便不能从棱镜2射出
介质种类 光疏介质 光密介质
光的传播速度 大 小
折射率 小 大
(2)相对性：光疏介质、光密介质是相对的。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断谁是光 疏介质或光密介质。 (3)光疏、光密与密度的关系：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。例如，酒精的密度比水小，但酒精和水 相比酒精是光密介质。
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回归本节知识，自我完成以下问题： 1．发生全反射的条件是什么？ 提示：光由光密介质进入光疏介质，入射角大于或等于临界角。 2．密度大的介质一定是光密介质吗？ 提示：不一定。 3．光的全反射有哪些常见应用？ 提示：全反射棱镜、光导纤维、内窥镜。
03
阅读材料·拓展物理视野
光纤通信发展新趋势——全光网络 在光纤光缆中实现超高速、超大容量和超长距离的传输是光纤通信技术不懈追 求的，而实现全光网络覆盖是光纤通信的最终目标。 所谓全光网络，是指网络传输与网络交换过程全部以光信号完成，只在进出网 络时才进行光电转换。在传输过程中无需对电信号进行处理，因此可采用 SDH、PDH和ATM等各种传输方式，有效地提高网络利用率。全光网络将是 光纤通信技术发展的终极目标和理想阶段，未来的超高速通信网络将由全光网 络覆盖。现有的光纤网络仅仅实现了网络节点之间的全光通信，而网络节点部 分仍为电器件，电器件自身的性能成了通信系统骨干网总容量提高的一大瓶
问题1 比较图甲、乙，逐渐增大入射角，反射角(光线)和折射角 (光线)有什么变化？ 提示：图甲→图乙：入射角逐渐增大，反射角、折射角都逐渐增 大；反射光越来越强，折射光越来越弱。 问题2 观察图丙，有什么特点？ 提示：图丙中折射光线消失，反射光与入射光的亮度几乎相同，发 生了全反射。
1．光疏介质和光密介质的分析 (1)光疏介质和光密介质的比较。
A
B
C
D
√ √
02
学习效果·随堂评估自测
√ √
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2．水中的空气泡、玻璃中的空气泡，看上去比较亮，对这一现象表述正 确的是( ) A．空气泡对光线有会聚作用 B．空气泡对光线有发散作用
C．从空气泡到达水或玻璃与气泡分界面处的光一部分发生全反射形成的
√D．从水中或玻璃中射到空气泡界面处的光一部分发生全反射形成的
图甲为双筒望远镜，其核心部件是全反射棱镜；图乙为医用内 窥镜，其重要部件是光导纤维做传像束。
问题1 全反射棱镜应用了光的全反射原理，其构造有什么特点？ 提示：全反射棱镜的截面是等腰直角三棱镜。 问题2 光导纤维应用了什么原理？其构造有什么特点？ 提示：光导纤维应用了光的全反射原理，是非常细的特制玻璃丝， 它由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大。
第四章 光
Hale Waihona Puke 2．全反射1．了解光的全反射，知道光疏介质、光密介质、临界角等
学 概念。 习 2．了解光导纤维的原理及应用。 任 3．理解全反射的条件，能利用全反射规律解释相关问题。 务 4．观察全反射现象，经历探究全反射规律的过程。
5．借助全反射棱镜和光导纤维在生产、生活中的应用，培养学
生兴趣。
01
1．全反射棱镜 (1)形状：截面为等__腰__直__角__三角形的棱镜。 (2)全反射棱镜的特点：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．光导纤维 (1)导光原理：利用了光的全__反__射__。 (2)构造：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__。 (3)光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等。 (4)光纤通信的优点是传输容量_大__、衰减_小__、抗干扰性及保密性强 等。
3．全反射的发生条件 (1)光线从_光__密_介质进入光__疏__介质。 (2)入射角_大__于__或__等__于_临界角。 4．临界角C与折射率n的关系 sin C＝__。 提醒 介质的折射率越大，光线发生全反射的临界角越小。
如图所示，让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边 上，在这个边与空气的界面上会发生反射和折射。
颈。全光网络中全部环节的电节点都由光节点替换，节点之间的通信也 实现了全光化，信息的传输与交换始终以光信号形式完成，在对数据信 息进行计算与处理的过程中不再以“比特”为基本单位，取而代之的是 “波长”。因此，全光网络将是今后光纤通信技术研究中一个非常重要 的课题，也是一个具有颠覆性的课题。目前，全光网络还处在发展初 期、理论研究阶段，但已显现出良好的发展势头与明显的技术优势。从 技术发展趋势来看，形成一个以光交换技术结合WDM技术为核心的光通 信网络层，通过消除光电转换瓶颈从而建立全光网络已成为光纤通信发 展的必然趋势，更是未来通信系统传输网络的核心。
关键能力·情境探究达成
知识点一 全反射 知识点二 全反射棱镜和光导纤维
知识点一 全反射
1．光疏介质和光密介质 对于折射率不同的两种介质，我们把折 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， 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，当入射角增大到某一角度，使折射角达到_9_0_°_时，_折__射__光__线_完 全消失，只剩下_反__射__光__线_。这种现象叫作全反射，这时的入射角叫 作_临__界__角_。
1．光纤通信的原理是什么？ 提示：光的全反射。 2．光纤通信的优点有哪些？ 提示：信息传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强。
1．光通过全反射棱镜时的几种入射方式
入射方式
方式一
方式二
光路图
入射面 全反射面 光线方向改变角度
AB AC 90°
AC AB、BC
180°
方式三
AB AC 0°(发生侧移)
规律方法 求解光导纤维问题的注意点 (1)全反射问题：要使光在光导纤维侧面发生全反射，光在光纤侧面 的入射角必须大于或等于临界角，注意光在光纤侧面的入射角与进 入光纤端面时的入射角之间的关系。 (2)传播时间问题：光在光纤中的传播时间，等于光纤长度与光在光 纤中的传播速度在光纤轴线方向的分量的比值。在刚好发生全反射 时，光在光纤中的传播速度在光纤轴线方向的分量最小，传播时间 最长。
(2)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。 (3)从能量角度来理解全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，随 着入射角增大，折射角也增大。同时折射光线强度减弱，能量减 小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射 光线强度减弱到零，反射光的能量等于入射光的能量。