4.3 光的全反射（wrord教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第一册（教科版）

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3　光的全反射
学习目标 素养提炼
1.知道光疏介质、光密介质、全反
射、临界角的概念。
2．知道全反射现象，理解全反射的
条件，能计算有关问题和解释相关现
象。
3．了解全反射棱镜及光导纤维的工
作原理和在生产、生活中的应用。
物理观念：光疏介质、光密介质、全
反射、临界角
科学思维：全反射规律的分析
科学探究：观察全反射现象
科学态度与责任：全反射棱镜和光导
纤维在生产、生活中的应用
一、全反射现象
1．光疏介质和光密介质
(1)概念：两种介质比较，折射率较小的介质叫作光疏介质，折射率较大的介质
叫作光密介质。
(2)光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小。
(3)相对性：光疏介质和光密介质是相对的。
2．全反射
光从光密介质射到光疏介质的界面时，全部被反射回原介质中传播的现象叫作
全反射。
二、发生全反射的条件
1．临界角
我们把光从某种介质射向真空或空气、折射角为 90°时的入射角，称为这种介质
的临界角。
2．全反射的条件
要发生全反射，必须同时具备两个条件：
(1)光从光密介质射入光疏介质。
(2)入射角大于等于临界角。
3．临界角与折射率的关系
(1)定量关系：光由介质射入空气(或真空)时，sin C＝。
(2)定性关系：介质折射率越大，发生全反射的临界角越小，越容易发生全反射。
[判断正误]
(1)光从空气射入水中时可能发生全反射现象。(×)
(2)密度大的介质就是光密介质。(×)
(3)两种介质相比较，折射率大的介质是光密介质。(√)
(4)光密介质和光疏介质具有绝对性。(×)
三、全反射的应用——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．光导纤维的构造
光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径从几微米到几十微米之间，由内芯和外
层透明介质两层组成。内芯的折射率比外套的折射率大，光传播时在内芯与外
套的界面上发生全反射。
3．光导纤维的应用——光纤通信
光纤通信，就是把载有声音、图像和各种数字信号的激光从光纤的一端输入，
沿着光纤传到另一端去。
4．光纤通信的主要优点
容量大、衰减小、抗干扰能力强、传输质量高。
[思考]
(1)炎热的夏天，在公路上有时能看到远处物体的倒影，这是一种什么现象？
提示：是一种蜃景现象，是由光的全反射造成的。
(2)微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂，光纤为什么
要由两层介质构成？
提示：光纤的工作原理是全反射，要由两种介质配合才能产生全反射现象。
要点一　对全反射的理解
[情景探究]　(1)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。
逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化。在入射角逐渐增大时，折
射角的大小及反射光线和折射光线的亮度如何变化？
提示：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。
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。
(2)若光由空气射入玻璃，当入射角增大时，是否能够发生全反射现象？
提示：不能，光只有从折射率较大的介质射入折射率较小的介质时，才能发生
全反射现象。
1．对光疏介质和光密介质的理解
(1)光疏介质和光密介质的比较
光的传播速度 折射率
光疏介质 大 小
光密介质 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，谁是光密介质。
2．全反射现象
(1)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。
(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，即折射光线能量减小，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。
3．临界角
(1)定义：刚好发生全反射(即折射角为 90°)时的入射角称为全反射的临界角，用
C表示。
(2)表达式：光由折射率为 n的介质射向真空或空气时，若刚好发生全反射，则
折射角恰好等于 90°，n＝，即 sin C＝。
[典例 1]　为了测定某种材料制成的长方体的折射率，用一束光线从 AB 面以 60°
入射角射入长方体时光线刚好不能从 BC 面射出，如图所示，该材料的折射率
是多少？
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