第3节 光的全反射 核心素养导学 物理观念 (1)光疏介质和光密介质,全反射和临界角。 (2)光导纤维。 科学思维 学会判断是否发生全反射的方法,并能画出光路图分析和计算相关问题。 科学态度与责任 认识全反射在生产及科学技术等方面的应用。 一、全反射现象 发生全反射的条件 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 的称为光疏介质,折射率 的称为光密介质。光疏介质和光密介质是 的。 2.全反射 (1)定义:光从光密介质射到光疏介质的界面时, 被反射回原介质中传播的现象叫作全反射。 (2)发生全反射的条件 ①光线从 介质射入 介质; ②入射角必须 临界角。 (3)临界角C和折射率n的关系式 sin C= 。 [微点拨] (1)不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时,频率越高的光的临界角越小,越容易发生全反射。 (2)相对于相同两种介质的界面,紫光的临界角最小、红光的临界角最大。 二、全反射的应用———光导纤维 1.原理:利用了光的 。 2.构造:光导纤维是非常细的特制玻璃丝,分内外两层。内层玻璃的折射率比外层玻璃的 ,光传播时在两层玻璃的界面上发生 。 3.主要优点:容量大、衰减小、抗干扰能力强、传输质量高等。 1.图甲中荷叶上晶莹透亮的小水珠、图乙中水里的小气泡、图丙中玻璃玩具里的小气泡看上去格外明亮,这种现象属于光的全反射现象,试判断甲、乙、丙三图中光疏介质和光密介质。 图例 光疏介质 光密介质 甲 水 乙 气泡中的空气 丙 气泡中的空气 2.如图,内层玻璃的折射率为n1,外层玻璃的折射率为n2。 (1)光线在内层玻璃和外层玻璃的界面上发生了什么现象 (2)n1和n2的大小存在什么关系 新知学习(一)|对全反射现象的理解 [任务驱动] 如图,让一束光沿着半圆形玻璃砖的半径射向玻璃砖,在底面上光发生反射和折射,逐渐增大入射角,为什么折射光线消失,只有反射光线 [重点释解] 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或光密介质。 (3)光疏和光密是从介质的光学特性来说的,与它的密度大小无关。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入射角等于或大于临界角。 (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。 [典例体验] [典例] (2024·山东高考)某光学组件横截面如图所示,半圆形玻璃砖圆心为O点,半径为R;直角三棱镜FG边的延长线过O点,EG边平行于AB边且长度等于R,∠FEG=30°。横截面所在平面内,单色光线以θ角入射到EF边发生折射,折射光线垂直EG边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为1.5。 (1)求sin θ; (2)以θ角入射的单色光线,若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射,求光线在EF上入射点D(图中未标出)到E点距离的范围。 尝试解答: /方法技巧/ 解决全反射问题的思路 (1)确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质。 (2)若由光密介质进入光疏介质时,则根据sin C=确定临界角,看是否发生全反射。 (3)根据题设条件,画出入射角等于临界角的“临界光路”。 (4)运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理,进行动态分析或定量计算。 [针对训练] 1.(2024·海南高考)一正三角形OPQ玻璃砖,某束光线垂直于OP射入,恰好在PQ界面发生全反射,则玻璃砖的折射率 ( ) A. B. C. D.2 2.某种材料制成的 ... ...
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