高中物理 第4章 光的折射與全反射 第2節(jié) 光的全反射教案 魯科版選修34

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1、 第2節(jié) 光的全反射 課堂互動(dòng) 三點(diǎn)剖析 一、全反射現(xiàn)象 不同折射率的介質(zhì)相比較，折射率大的叫光密介質(zhì)，折射率小的叫光疏介質(zhì).這里要特別注意：光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對(duì)而言的，不是絕對(duì)的. 全反射現(xiàn)象 光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，通常情況下，在兩種介質(zhì)的界面上要同時(shí)發(fā)生反射和折射，但是，如果滿(mǎn)足一定的條件，折射光線(xiàn)就會(huì)消失，入射光全部被反射回來(lái)，這種現(xiàn)象叫全反射現(xiàn)象.這里不但要注意產(chǎn)生全反射的條件，還要注意要結(jié)合實(shí)驗(yàn)來(lái)理解全反射現(xiàn)象，這也是學(xué)習(xí)物理的一種重要方法，因?yàn)槲锢硎且婚T(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué). 剛好發(fā)生全反射時(shí)的入射角，叫全反射的臨界角，當(dāng)入射

2、角大于等于臨界角時(shí)，就會(huì)發(fā)生全反射.光從折射率為n的某種介質(zhì)進(jìn)入真空或空氣時(shí)的臨界角C應(yīng)滿(mǎn)足sinC=. 【例1】一束光線(xiàn)由水中射向空氣，當(dāng)入射角由0逐漸增大到90時(shí)，下列說(shuō)法正確的是（ ) A.折射角由0增大到大于90的某一角度 B.折射角始終大于入射角，當(dāng)折射角等于90時(shí)，發(fā)生全反射 C.折射角始終小于90，不可能發(fā)生全反射 D.入射角的正弦與折射角的正弦之比逐漸增大 解析：因?yàn)楣饩€(xiàn)由水射向空氣，根據(jù)折射定律可知，nsinθ1=sinθ2 而n=1.33.所以存在折射時(shí)，總是θ2＞θ1，直到θ2=90（發(fā)生全反射）為止.發(fā)生全反射以后，折射光線(xiàn)不存在，折射定律不再適用.

3、該題中，發(fā)生全反射以前，入射角的正弦與折射角的正弦之比就是n,是一個(gè)常數(shù).選項(xiàng)B正確. 答案：B 二、全反射的條件及應(yīng)用 發(fā)生全反射要同時(shí)滿(mǎn)足下面兩個(gè)條件：一是光要從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；二是入射角等于或大于臨界角. 要注意觀察“光從玻璃射入空氣”的演示實(shí)驗(yàn)中入射光線(xiàn)、反射光線(xiàn)、折射光線(xiàn)的方向變化及光線(xiàn)的亮度（能量）變化規(guī)律：入射角增大時(shí)，折射角增大，同時(shí)，折射光線(xiàn)的強(qiáng)度減弱（能量減小），而反射光線(xiàn)的強(qiáng)度增強(qiáng)（能量增大）；當(dāng)入射角等于或大于臨界角時(shí)，折射光線(xiàn)的能量減弱到零，折射光線(xiàn)不再存在，反射光線(xiàn)和入射光線(xiàn)強(qiáng)度相同，即發(fā)生了全反射. 注意：在全面理解和掌握發(fā)

4、生全反射條件的同時(shí)，還要掌握發(fā)生全反射以前，增大入射角時(shí)，反射光線(xiàn)、折射光線(xiàn)的強(qiáng)度（能量）變化.在后面的學(xué)習(xí)中，也會(huì)用到這方面的知識(shí). 【例2】 如圖4-2-1所示，半圓形玻璃磚放在空氣中，三條同一顏色、強(qiáng)度相同的光線(xiàn)，均由空氣射入到玻璃磚，到達(dá)玻璃磚的圓心位置.下列說(shuō)法正確的是（ ) 圖4-2-1 A.三條光線(xiàn)中有一條在O點(diǎn)發(fā)生了全反射，那一定是aO光線(xiàn) B.假若光線(xiàn)bO能發(fā)生全反射，那么光線(xiàn)cO一定能發(fā)生全反射 C.假若光線(xiàn)bO能發(fā)生全反射，那么光線(xiàn)aO一定能發(fā)生全反射 D.假若光線(xiàn)aO恰能發(fā)生全反射，則光線(xiàn)bO的反射光線(xiàn)比光線(xiàn)cO的反射光線(xiàn)的亮度大 解析：三條入

5、射光線(xiàn)沿著指向圓心的方向由空氣射向玻璃磚，在圓周界面，它們的入射角為零，均不會(huì)偏折.在直徑界面，光線(xiàn)aO的入射角最大，光線(xiàn)cO的入射角最小，它們都是從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，都有發(fā)生全反射的可能.如果只有一條光線(xiàn)發(fā)生了全反射，那一定是aO光線(xiàn)，因?yàn)樗娜肷浣亲畲?所以選項(xiàng)A對(duì). 假若光線(xiàn)bO能發(fā)生全反射，說(shuō)明它的入射角等于或大于臨界角，光線(xiàn)aO的入射角更大，所以，光線(xiàn)aO一定能發(fā)生全反射，光線(xiàn)cO的入射角可能大于臨界角，也可能小于臨界角，因此，cO不一定能發(fā)生全反射.所以選項(xiàng)C對(duì)，B錯(cuò). 假若光線(xiàn)aO恰能發(fā)生全反射，光線(xiàn)bO和cO都不能發(fā)生全反射，但bO的入射角更接近于臨界角，所以，光線(xiàn)bO

6、的反射光線(xiàn)較光線(xiàn)cO的反射光線(xiàn)強(qiáng)，即bO的反射光線(xiàn)亮度較大.所以D對(duì).本題應(yīng)選A、C、D. 答案：ACD 各個(gè)擊破 類(lèi)題演練1 光由折射率分別為n1=1.33的水和n2=的玻璃射向空氣時(shí)的臨界角各是多大？ 解析：由臨界角公式 sinC= 可得水的臨界角 C1=arcsin=arcsin =48.8 玻璃的臨界角 C2=arcsin=arcsin=45. 答案：48.8 45 變式提升1 下列說(shuō)法正確的是（ ) A.因?yàn)樗拿芏却笥诰凭拿芏?，所以水是光密介質(zhì) B.因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎剩运畬?duì)酒精來(lái)說(shuō)是光疏介質(zhì) C.同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播

7、速度較大 D.同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較小 解析：因?yàn)樗恼凵渎蕿?.33，酒精的折射率為1.36，所以水對(duì)酒精來(lái)說(shuō)是光疏介質(zhì)；由v=c/n可知，光在光密介質(zhì)中的速度較小.本題應(yīng)選是B、D. 答案：BD 類(lèi)題演練2 在一個(gè)圓形輕木塞的中心插上一根大頭針,然后把它倒放在水面上,調(diào)節(jié)針插入的深度,使觀察者不論在什么位置都剛好不能看到水下的大頭針,如圖4-2-2,量出針露出的長(zhǎng)度為d,木塞的半徑為r.求水的折射率. 圖4-2-2 解析：在調(diào)節(jié)針插入的深度后，使觀察者不論在什么位置都剛好不能看到水下的大頭針，這個(gè)現(xiàn)象是光的全反射現(xiàn)象. 產(chǎn)生全反射的條件有兩條：（1）光從

8、光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；（2）入射角i大于或等于臨界角C. 當(dāng)光從某種物質(zhì)射向真空（或空氣）時(shí)，其臨界角C為： sinC=,C=arcsin（n為介質(zhì)對(duì)光的折射率） 作圖，當(dāng)A發(fā)出的光到達(dá)B點(diǎn)時(shí)恰以臨界角C入射，因此sinC=.在△AOB中：tanC=,而tanC== 由此求得n=. 答案：n= 變式提升2 如圖4-2-3所示，一條光線(xiàn)從空氣中垂直射到棱鏡界面BC上，棱鏡的折射率為，這條光線(xiàn)離開(kāi)棱鏡時(shí)與界面的夾角為（ ） 圖4-2-3 A.30 B.45 C.60 D.90 解析：因

9、為棱鏡的折射率為，所以臨界角C應(yīng)滿(mǎn)足sinC=，所以C=45.作光路圖如圖所示.因光線(xiàn)從空氣中射到BC界面時(shí)入射角為零度，故進(jìn)入BC面時(shí)不發(fā)生偏折，到AB面時(shí)由幾何關(guān)系知入射角i=60＞C，故在AB面上發(fā)生全反射，反射線(xiàn)射到AC面時(shí)，可知入射角α=30＜C,所以在AC面上既有反射光線(xiàn)又有折射光線(xiàn).由n=得sinr=,r=45，所以該折射光線(xiàn)與棱鏡AC面夾角為45；又因從AC面反射的光線(xiàn)第二次射到AB面上時(shí)，由幾何關(guān)系知其入射角為0,所以從AB面上折射出的光線(xiàn)與AB界面夾角為90. 答案：BD 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375