资源简介

/ 让教学更有效 精品课堂 | 物理学科
3.全反射 导学案
1.知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念。
2.理解发生全反射的条件，能计算有关问题和解释相关现象。
3.了解全反射棱镜和光导纤维的工作原理以及在生产、生活中的应用。
1.认识光的全反射现象，知道临界角的概念，理解全反射产生的条件；能够用全反射规律分析解决有关的问题（重点）。
2.理解全反射产生的条件；了解全反射在技术上的应用(重难点)。
【知识回顾】
（一）初中知识回顾
1.光的反射定律：反射光线，入射光线，法线在同一平面内;反射光线，入射光线分别位于法线两侧，反射角等于入射角。
2.光的反射分类：镜面反射与漫反射。
（二）高中已学知识
1.光的反射：光照射到两种介质的界面上，一部分返回原来介质的现象。
2.光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象。
【自主预习】
光疏介质和光密介质
1.光疏介质：折射率较小(填“大”或“小”)的介质。
2.光密介质：折射率较大(填“大”或“小”)的介质。
3.关系：光疏介质与光密介质是相对(填“相对”或“绝对”)的。
（二）全反射现象
1.全反射：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90°时，折射光完全消失，只剩下反射光的现象。
2.临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角．光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sin C＝1/n。
3.全反射发生的条件
（1）光从光密介质射入光疏介质。
（2）入射角等于或大于临界角。
（三）全反射现象
1．全反射棱镜的形状：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，几乎可达100%，常用来代替平面镜来改变光的方向。
3．全反射棱镜的应用：双筒望远镜、自行车尾灯、潜望镜等。
【思考与讨论】
“因为玻璃密度较大，所以一定是光密介质”，这种说法对吗？
答案　不对，光密介质和光疏介质具有相对性，如玻璃相对于水是光密介质，而相对于金刚石则是光疏介质。折射率与介质的密度没有必然联系，折射率是反映介质光学性质的物理量。
总结：光疏介质和光密介质以及全反射中的能量问题
1．光疏介质和光密介质
(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或光密介质。
(3)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。
2．全反射中的能量问题
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，即折射光的能量减小，反射光强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光强度减弱到零，反射光的能量等于入射光的能量。
【思考与讨论】
仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。
活动1：如图甲，光线分别垂直于棱镜的斜边和直角边入射，出射光线有什么特点？
答案：光线以两种方式入射时，在玻璃内部，光斜射向玻璃与空气的分界面时，入射角大于临界角，发生全反射。垂直于棱镜直角边入射时，出射光线偏折90°；垂直于棱镜斜边入射时，出射光线偏折180°。另外因为全反射棱镜的反射率高，所以出射光线亮度高。
活动2：图乙中光为什么会这样传播？这样传播光有什么好处？
答案：光在弯曲的玻璃棒内传播时，如果从玻璃射向空气的入射角大于临界角，就会发生全反射，于是光在玻璃棒内沿着锯齿形路线传播。因为全反射反射率高，所以光的强度减弱慢，这样做可以沿弯曲路径导光，且可以传播很远。
总结：全反射棱镜与光导纤维
1．全反射棱镜
横截面是等腰直角三角形的玻璃棱镜叫作全反射棱镜。它在光学仪器里，用来改变光的传播方向。下表为光通过全反射棱镜时的几种入射方式。
入射方式 项目 方式一 方式二 方式三
光路图
入射面 AB AC AB
全反射面 AC AB、BC AC
光线方向改变角度 90° 180° 0°(发生侧移)
2.光导纤维
(1)原理
光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有几微米到一百微米，如图所示。它由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，光由一端进入，在内芯和外套的界面上经多次全反射，从另一端射出。
(2)应用
①利用光导纤维可实现光纤通信，而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。
②医学上用光导纤维制成内窥镜，来检查人体胃、肠、气管等脏器的内部。
课堂小结
（一）核心知识点
模块 关键内容
全反射现象 光疏介质和光密介质定义，全反射现象的定义与理解。
全反射棱镜 横截面是等腰直角三角形的玻璃棱镜叫作全反射棱镜、几种入射方式。
光导纤维 光导纤维可实现光纤通信，医学上用光导纤维制成内窥镜。
（二）方法技巧
1.全反射现象：理解主要特点，忽略次要因素（如光疏介质和光密介质）。
2.全反射棱镜：通过图像分析，合理运用反射定律。
1．(多选)已知水、酒精、水晶和二硫化碳的折射率分别为1.33、1.36、1.55和1.63，如果光按下面几种方式传播，可能发生全反射的是(　　)
A．从酒精射入水中 B．从水射入二硫化碳中
C．从水晶射入酒精中 D．从水射入水晶中
答案　AC
解析　光只有从光密介质射入光疏介质才可能发生全反射，而光密介质折射率较大。光从酒精射入水中、从水晶射入酒精中，均是从光密介质射入光疏介质，有可能发生全反射，故A、C符合题意；光从水射入二硫化碳中、从水射入水晶中，均是从光疏介质射入光密介质，不可能发生全反射，故B、D不合题意。
2.(多选)关于全反射，下列说法中正确的是(　　)
A．发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线
B．光从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象
C．光从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射现象
D．水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面处发生了全反射
答案　CD
解析　全反射发生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，发生全反射时全部光线均不进入光疏介质，故A、B错误，C正确；当光线经由水或玻璃射向气泡时，由于水和玻璃的折射率均大于空气的折射率，部分光线在界面处发生全反射，所以水或玻璃中的气泡看起来特别亮，D正确。
3．光在某种介质中传播时的速度为1.5×108 m/s，那么，光从此种介质射向空气并发生全反射的临界角应为(　　)
A．60° B．45°
C．30° D．75°
答案　C
解析　根据n＝，sinC＝，得sinC＝＝＝，解得C＝30°，C正确。
4.如图所示是指纹识别原理图，其原理是利用光学棱镜的全反射特性，在指纹谷线(凹部)，入射光在棱镜界面发生全反射，在指纹脊线(凸部)，入射光的某些部分被吸收或者漫反射到别的地方，这样，在指纹模块上形成明暗相间的指纹图像。已知水的折射率约为1.33，透明玻璃的折射率约为1.5。下列说法正确的是(　　)
A．指纹模块接收光线较暗的部位是指纹谷线
B．指纹模块接收光线较亮的部位是指纹谷线
C．没有手指放入时，若光源正常发光，指纹模块会接收到全暗图像
D．手指湿润时，指纹识别率低，是因为光在棱镜界面不能发生全反射
答案　B
解析　在指纹脊线(凸部)，入射光的某些部分被吸收或者漫反射到别的地方，指纹模块接收到光线较暗，在指纹谷线(凹部)，入射光在棱镜界面发生全反射，指纹模块接收到光线较亮，因此指纹模块接收光线较暗的部位是指纹脊线，较亮的部位是指纹谷线，故A错误，B正确；没有手指放入时，若光源正常发光，入射光在棱镜界面发生全反射，指纹模块会接收到全亮图像，故C错误；因水的折射率大于空气的折射率，小于玻璃的折射率，因此，手指湿润时，光线在棱镜界面仍能发生全反射，且发生全反射的临界角变大，则在棱镜界面原来发生全反射的光中，有部分光仍发生全反射，也有部分光无法发生全反射，使得指纹识别率变低，故D错误。
6.如图所示，ABCD是两面平行的足够大的透明玻璃砖，AB面和CD面是玻璃和空气的分界面，分别设为界面Ⅰ和界面Ⅱ。光线从界面Ⅰ射入玻璃砖，再从界面Ⅱ射出，回到空气中，如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角，则（　　）
①只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象
②只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象
③不管入射角多大，光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象
④不管入射角多大，光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象
A．①② B．②③ C．①④ D．③④
【答案】D
【详解】①③．在界面Ⅰ上光由空气进入玻璃砖，是由光疏介质进入光密介质，不管入射角多大，都不可能发生全反射现象，故①错误，③正确；
②④．在界面Ⅱ上光由玻璃进入空气，是由光密介质进入光疏介质，但是，由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行，光由界面Ⅰ进入玻璃后再到达界面Ⅱ，在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角，则界面Ⅱ上的入射角总是小于临界角，因此也不会发生全反射现象，故②错误，④正确；
故③④正确，故选D。
7．如图所示，一束光从介质a斜射向介质b，在两种介质的分界面上发生了全反射，下列判断正确的是（ ）

A．a是光疏介质，b是光密介质 B．b是光疏介质，a是光密介质
C．光的入射角必须等于临界角 D．光的入射角必须小于临界角
【答案】B
【详解】根据全反射的条件可知，光从光密介质射向光疏介质中时，且光的入射角大于或等于临界角时可以发生全反射。光从介质a斜射向介质b，在两种介质的分界面上发生了全反射，所以b是光疏介质，a是光密介质。
故选B。
8．如图所示，AB为一直光导纤维，AB之间距离为s，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射，由A点传输到B点所用时间为t，已知光在真空中速度为c，求光导纤维所用材料的折射率n。
【答案】
【详解】光信号由A点进入光导纤维后，沿AO方向照射到O点，此时入射角α恰好等于临界角。光在此介质中的速度为v，而沿水平方向的分速度为vsinα，沿水平方向传播的距离为s。设介质的折射率为n，则有sinα=sinc=
联立解得
课后反思
1.你是否能区分光疏介质和光密介质？
2.全反射现象的条件和应用？
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）/ 让教学更有效 精品课堂 | 物理学科
3.全反射 导学案
1.知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念。
2.理解发生全反射的条件，能计算有关问题和解释相关现象。
3.了解全反射棱镜和光导纤维的工作原理以及在生产、生活中的应用。
1.认识光的全反射现象，知道临界角的概念，理解全反射产生的条件；能够用全反射规律分析解决有关的问题（重点）。
2.理解全反射产生的条件；了解全反射在技术上的应用(重难点)。
【知识回顾】
（一）初中知识回顾
1.光的反射定律：反射光线，入射光线，法线在同一平面内;反射光线，入射光线分别位于法线两侧，反射角等于入射角。
2.光的反射分类：镜面反射与漫反射。
（二）高中已学知识
1.光的反射：光照射到两种介质的界面上，一部分返回原来介质的现象。
2.光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象。
【自主预习】
光疏介质和光密介质
1.光疏介质：折射率较 (填“大”或“小”)的介质。
2.光密介质：折射率较 (填“大”或“小”)的介质。
3.关系：光疏介质与光密介质是 (填“相对”或“绝对”)的。
（二）全反射现象
1.全反射：光从 介质射入 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90°时， 光完全消失，只剩下 光的现象。
2.临界角：刚好发生全反射，即折射角等于 时的入射角．光从 射入 时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sin C＝1/n。
3.全反射发生的条件
（1）光从 介质射入 介质。
（2）入射角 临界角。
（三）全反射现象
1．全反射棱镜的形状：截面为 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 ，与平面镜相比，它的反射率 ，几乎可达100%，常用来代替平面镜来 。
3．全反射棱镜的应用： 、自行车尾灯、潜望镜等。
【思考与讨论】
“因为玻璃密度较大，所以一定是光密介质”，这种说法对吗？
总结：光疏介质和光密介质以及全反射中的能量问题
1．光疏介质和光密介质
(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或光密介质。
(3)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。
2．全反射中的能量问题
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，即折射光的能量减小，反射光强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光强度减弱到零，反射光的能量等于入射光的能量。
【思考与讨论】
仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。
活动1：如图甲，光线分别垂直于棱镜的斜边和直角边入射，出射光线有什么特点？
活动2：图乙中光为什么会这样传播？这样传播光有什么好处？
总结：全反射棱镜与光导纤维
1．全反射棱镜
横截面是等腰直角三角形的玻璃棱镜叫作全反射棱镜。它在光学仪器里，用来改变光的传播方向。下表为光通过全反射棱镜时的几种入射方式。
入射方式 项目 方式一 方式二 方式三
光路图
入射面 AB AC AB
全反射面 AC AB、BC AC
光线方向改变角度 90° 180° 0°(发生侧移)
2.光导纤维
(1)原理
光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有几微米到一百微米，如图所示。它由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，光由一端进入，在内芯和外套的界面上经多次全反射，从另一端射出。
(2)应用
①利用光导纤维可实现光纤通信，而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。
②医学上用光导纤维制成内窥镜，来检查人体胃、肠、气管等脏器的内部。
课堂小结
（一）核心知识点
模块 关键内容
全反射现象 光疏介质和光密介质定义，全反射现象的定义与理解。
全反射棱镜 横截面是等腰直角三角形的玻璃棱镜叫作全反射棱镜、几种入射方式。
光导纤维 光导纤维可实现光纤通信，医学上用光导纤维制成内窥镜。
（二）方法技巧
1.全反射现象：理解主要特点，忽略次要因素（如光疏介质和光密介质）。
2.全反射棱镜：通过图像分析，合理运用反射定律。
1．(多选)已知水、酒精、水晶和二硫化碳的折射率分别为1.33、1.36、1.55和1.63，如果光按下面几种方式传播，可能发生全反射的是(　　)
A．从酒精射入水中 B．从水射入二硫化碳中
C．从水晶射入酒精中 D．从水射入水晶中
2.(多选)关于全反射，下列说法中正确的是(　　)
A．发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线
B．光从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象
C．光从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射现象
D．水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面处发生了全反射
3．光在某种介质中传播时的速度为1.5×108 m/s，那么，光从此种介质射向空气并发生全反射的临界角应为(　　)
A．60° B．45°
C．30° D．75°
4.如图所示是指纹识别原理图，其原理是利用光学棱镜的全反射特性，在指纹谷线(凹部)，入射光在棱镜界面发生全反射，在指纹脊线(凸部)，入射光的某些部分被吸收或者漫反射到别的地方，这样，在指纹模块上形成明暗相间的指纹图像。已知水的折射率约为1.33，透明玻璃的折射率约为1.5。下列说法正确的是(　　)
A．指纹模块接收光线较暗的部位是指纹谷线
B．指纹模块接收光线较亮的部位是指纹谷线
C．没有手指放入时，若光源正常发光，指纹模块会接收到全暗图像
D．手指湿润时，指纹识别率低，是因为光在棱镜界面不能发生全反射
5.如图所示，ABCD是两面平行的透明玻璃砖，AB面和CD面是玻璃和空气的界面，分别设为界面Ⅰ和界面Ⅱ。光线从界面Ⅰ射入玻璃砖，再从界面Ⅱ射出，回到空气中。如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角，则(　　)
A．只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象
B．只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象
C．不管入射角多大，光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象
D．不管入射角多大，光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象
6.如图所示，ABCD是两面平行的足够大的透明玻璃砖，AB面和CD面是玻璃和空气的分界面，分别设为界面Ⅰ和界面Ⅱ。光线从界面Ⅰ射入玻璃砖，再从界面Ⅱ射出，回到空气中，如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角，则（　　）
①只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象
②只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象
③不管入射角多大，光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象
④不管入射角多大，光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象
A．①② B．②③ C．①④ D．③④
7．如图所示，一束光从介质a斜射向介质b，在两种介质的分界面上发生了全反射，下列判断正确的是（ ）

A．a是光疏介质，b是光密介质 B．b是光疏介质，a是光密介质
C．光的入射角必须等于临界角 D．光的入射角必须小于临界角
8．如图所示，AB为一直光导纤维，AB之间距离为s，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射，由A点传输到B点所用时间为t，已知光在真空中速度为c，求光导纤维所用材料的折射率n。
课后反思
1.你是否能区分光疏介质和光密介质？
2.全反射现象的条件和应用？
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）

展开更多......

收起↑