13.2全反射 学案(含答案)
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1、2 全反射全反射 学科素养与目标要求 物理观念:1.知道什么是光疏介质和光密介质,理解它们具有相对性.2.理解全反射现象,掌 握临界角的概念和全反射的条件.3.了解全反射棱镜和光导纤维 科学思维:利用全反射条件,应用临界角公式解答相关问题 科学探究:采用实验观察、猜想、验证、归纳的方法得出全反射现象的发生条件、临界角概 念等 一、全反射 1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)光疏介质与光密介质是相对(填“相对”或“绝对”)的 2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
2、和反射 若入射角增大到某一角度, 折射光线完全消失,只剩下反射光线的现象 (2)临界角:刚好发生全反射,即折射角等于 90 时的入射角用字母 C 表示,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 C1 n. (3)全反射发生的条件 光从光密介质射入光疏介质 入射角等于或大于临界角 二、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 (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 三、光导纤维 1原理:利用了光的全反射 2构造:由内芯和外
3、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光纤通信的优点是容量大、衰减小、抗干扰性强等 4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 1判断下列说法的正误 (1)入射角大于临界角就会发生全反射现象( ) (2)光密介质是指密度大的介质( ) (3)制作全反射棱镜的材料的折射率一定大于 2.( ) (4)光在光导纤维中的传播速度小于光在真空中的光速 c.( ) 2一束光从某介质进入真空,方向如图 1 所示,则该介质的折射率为_;逐渐增大入 射角,光线将_(填“能”或“不能”)发生全反射;若使光发生全反射,应使光从 _射入_,且入射角大于等于_ 图
4、1 答案 2 能 介质 真空 45 一、全反射 当光从水中射向与玻璃的交界面时,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 要发生全反射必须是光从光密介质射向光疏介质 而水相对玻璃是光疏介质, 所以不管入射角多大都不可能发生全反射 1全反射现象 (1)全反射的条件: 光由光密介质射入光疏介质 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 定律全反射的临界角 C 和折射率 n 的关系:sin C1 n. (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
5、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,反射光线的能量等于入射光线的能量 2不同色光的临界角:由于不同颜色(频率不同)的光在同一介质中的折射率不同频率越大 的光,折射率也越大,所以不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时,频率越大的光的临 界角越小,越易发生全反射 例 1 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(图中为空气,为介质)( ) 答案 D 解析 由题意知,光由光密介质射向光疏介质,由 sin C1 n 2 2 ,得 C45 60 ,故 在两介质的界面上会发生全反射,只有反射光
6、线,没有折射光线,故选项 D 正确 二、全反射棱镜 如图所示,已知玻璃的折射率为 1.5,甲图中当光线垂直 BC 面入射时,光线到达 AC 面的入 射角是多少?能否发生全反射?乙图中当光线垂直 AC 面入射时, 光线到达 AB 面的入射角是 多少?能否发生全反射? 答案 45 能发生全反射 45 能发生全反射 全反射棱镜改变光路的几种情况 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) 例 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 2
7、 所示方框内有两个折射率 n1.5 的全反射玻璃棱镜下列选项给出了两棱镜的四种放 置方式的示意图其中能产生图中效果的是( ) 图 2 答案 B 解析 四个选项的光路图如图所示: 可知 B 项正确 三、光导纤维 如图所示是光导纤维的结构示意图,其内芯和外套由两种光学性能不同的介质构成构成内 芯和外套的两种介质,哪个折射率大?为什么? 答案 内芯的折射率大因为当内芯的折射率大于外套的折射率时,光在传播时能发生全反 射,光线经过多次全反射后能从一端传到另一端 1.构造及传播原理 (1)构造: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 3 所示,它 是由内芯和外套两层组成的,内芯的
8、折射率大于外套的折射率 图 3 (2)传播原理:光由一端进入,在两层的界面上经过多次全反射,从另一端射出,光导纤维可 以远距离传播光信号,光信号又可以转换成电信号,进而变为声音、图象 2光导纤维的折射率:设光导纤维的折射率为 n,当入射角为 1时,进入光导纤维的光线传 到侧面恰好发生全反射, 则有:sin C1 n,n sin 1 sin 2,C290 ,由以上各式可得:sin 1 n 21. 由图 4 可知:当 1增大时,2增大,由光导纤维射向空气的光线的入射角 减小,当 190 时,若 C,则所有进入光导纤维中的光线都能发生全反射,即解得 n 2. 图 4 以上是光从光导纤维射向真空时得到
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