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高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册2 全反射教案配套ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册2 全反射教案配套ppt课件，共49页。PPT课件主要包含了课前·基础认知，课堂·重难突破，素养·目标定位，随堂训练，知识概览，答案C，光导纤维，答案B，则可知选项B正确等内容，欢迎下载使用。
目 标 素 养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,形成正确的物理观念。3.利用全反射条件,应用临界角公式解答相关问题,培养科学思维能力。4.了解光导纤维的工作原理和光导纤维在生产、生活中的应用,培养分析解决实际问题的能力。
一、全反射1.光疏介质和光密介质。
2.定义:当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,这种现象叫作全反射,这时的入射角叫作临界角。3.发生全反射的条件。(1)光由光密介质射入光疏介质。(2)入射角大于或等于临界角。
4.临界角与折射率的关系。(1)定量关系:光由某种介质射入空气(或真空)时,sin C= 。(2)定性关系:介质的折射率越大,发生全反射的临界角越小,越容易发生全反射。
微判断1 1.密度大的介质就是光密介质。( )2.两种介质相比较,折射率大的介质是光密介质。( )3.光密介质和光疏介质具有绝对性。( )
微训练1 已知某种介质的折射率 ,在这种介质与空气的分界面MN上有光线入射,如图所示的光路中,哪个是正确的(MN上部是空气,MN下部是介质)( )
微思考1 为什么水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮?提示:水或玻璃中的气泡是光疏介质,光经过水或玻璃照射气泡时,一部分光会发生全反射,相对于其他物体而言,有更多的光反射到人眼中,因此人眼感觉气泡特别明亮。
二、全反射的应用1.全反射棱镜:截面为等腰直角三角形的棱镜,利用全反射改变光的方向。2.光导纤维:由折射率较大的内芯和折射率较小的外套组成,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。
微判断2 1.光从密度大的介质射入密度小的介质时一定能发生全反射。( )2.全反射棱镜和平面镜都是根据全反射原理。( )3.光纤通信的主要优点是容量大。( )
微训练2光纤通信是利用光的全反射将大量信息高速传输。若采用的光导纤维是由内芯和外层两层介质组成,下列说法正确的是( )A.内芯和外层折射率相同,折射率都很大B.内芯和外层折射率相同,折射率都很小C.内芯和外层折射率不同,外层折射率较小D.内芯和外层折射率不同,外层折射率较大答案:C
解析:光在光导纤维内传播而不折射出来,这是光在内芯和外层的界面上发生全反射的缘故,因而内芯的折射率一定大于外层的折射率,所以选项C正确。
微思考2 全反射棱镜和平面镜相比,有哪些优点?提示:(1)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。
一 对全反射现象的理解
重难归纳1.对光疏介质和光密介质的理解。(1)对光路的影响:根据折射定律,光由光疏介质射入光密介质(例如由空气射入水)时,折射角小于入射角;光由光密介质射入光疏介质(例如由水射入空气)时,折射角大于入射角。(2)光疏介质和光密介质的比较。
(3)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定谁是光疏介质或光密介质。
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。同时折射光线减弱,即折射光线能量减小,反射光线增强,能量增加,当入射角达到临界角时,折射光线完全消失,反射光的能量等于入射光的能量。
(4)临界角。①定义:刚好发生全反射(即折射角为90°)时的入射角为全反射的临界角,用C表示。
③不同色光的临界角: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。
七种色光能否在同一界面上同时发生全反射?提示:能。如果光从光密介质射入光疏介质,并且入射角大于等于红光的临界角,则七种色光能在同一界面上同时发生全反射。
典例剖析某玻璃三棱镜的截面如图所示,其折射率为 ,该三棱镜的AB边竖直放置,∠BAC=60°,∠B=45°。当一束水平单色光照射在三棱镜AB边上时,光在AC边上的折射角为(不考虑光在玻璃中的多次反射)( )
A.30°B.45°C.60°D.75°答案:B
光未经反射直接照到AC界面上时的入射角为60°,将在AC界面处发生全反射。光在BC边上的入射角等于45°,故光在BC边恰好发生全反射,其光路图如图所示。
BC界面的反射光的光线在AC边上的入射角i=30°,根据 可知,在AC边上的折射角为r=45°,故选项B正确。
规律总结全反射问题的处理技巧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.若光由光密介质进入光疏介质,则根据 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、运算及变换、进行动态分析或定量计算。
学以致用如图所示,半径为R的玻璃球体,球心为O,AB为水平直径,M点是玻璃球的最高点。光线BD从D点射出,出射光线平行于AB。已知∠ABD=30°,光在真空中的传播速度为c,则( )A.此玻璃的折射率为2B.光从B到D需用时C.若减小∠ABD,从AD段射出的光线仍平行于ABD.若增大∠ABD,光线不可能在DM段发生全反射现象答案:B
二 全反射棱镜 光导纤维
重难归纳1.全反射棱镜的作用及应用。(1)作用:横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜,全反射棱镜是一种特殊的棱镜,在光学仪器中用来改变光的传播方向。(2)应用:对于精密的光学仪器,如照相机、望远镜、显微镜等,就需要用全反射棱镜代替平面镜,以消除多余的像。
2.对全反射棱镜光学特性的两点说明。(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)反射时失真小,两种反射情况如图甲、乙所示。
“沙漠蜃景”是怎么形成的?提示:(1)气候条件:太阳照到沙地上,接近沙面的热空气层比上层空气的密度小,折射率也小。(2)光路分析:从远处物体射向地面的光线,进入折射率小的热空气层时被折射,入射角逐渐增大,可能发生全反射。(3)虚像的形成:人们逆着反射光线看去,就会看到远处物体的倒影,仿佛是从水面反射出来的一样。沙漠里的行人常被这种景象所迷惑,以为前方有水源而奔向前去,但总是可望而不可即。
典例剖析下图为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图,玻璃丝长为l,折射率为n,AB代表端面。已知光在真空中的传播速度为c。(1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面,求光线在端面AB上的入射角应满足的条件。(2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间。
解析:(1)设光线在端面AB上C点(如图)的入射角为i,折射角为r,由折射定律有sin i=nsin r①
设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为α,为了使该光线可在此光导纤维中传播,应有α≥θ②式中θ是光线在玻璃丝内发生全反射时的临界角,
规律总结对光导纤维折射率的要求
由图可知:(1)当θ1增大时,θ2增大,而从光纤射向空气中光线的入射角θ减小;(2)当θ1=90°时,若θ=C,则所有进入光纤中的光线都能发生全反射,即有n= ,以上是光从光纤射向真空时得到的折射率;(3)由于光导纤维包有外套,外套的折射率比真空的折射率大,因此光导纤维折射率要比 大些。
学以致用空气中两条光线a和b从方框左侧入射,分别从方框下方和上方射出,其框外光线如图所示。方框内有两个折射率n=1.5的玻璃全反射棱镜。下列四种两棱镜的放置方式,能产生图示效果的是( )
解析:四个选项产生光路效果如图所示。
1.(多选)下列说法正确的是( )A.因为水的密度大于酒精的密度,所以水是光密介质B.因为水的折射率小于酒精的折射率,所以水对酒精来说是光疏介质C.同一束光,在光密介质中的传播速度较大D.同一束光,在光密介质中的传播速度较小答案:BD
2.如图所示,在某种液体内,有一轴截面为正三角形的薄壁透明圆锥罩ABC,底面水平,罩内为空气。发光点D位于AB中点,发出的垂直于BC的光恰好不能射出液面。下列说法正确的是( )A.D发出的光照射到CB界面时可能发生全反射B.液面上方能够看到透明罩所有位置都被照亮
解析:D发出的光照射到CB界面时,是从光疏介质向光密介质入射,不能发生全反射,故选项A错误。由题知,发光点D发出的垂直于BC的光恰好不能射出液面,可知点D发出的在垂直于BC以下部分的光不能射出液面,所以在液面上方不能够看到透明罩所有位置都被照亮,故选项B错误。由几何关系可知,发光点D发出的垂直于BC的光垂直于BC进入液体后,在上边的液面处的入射角等于60°,恰好不能射出液面,则临界角为60°,所以折射率 , 故选项C正确,D错误。
3.光纤信号传输利用了光的全反射和折射原理,图中是某种单色光在光纤中的传播路径,其经过多次全反射后从右端射出。若该介质的折射率为 ,则关于α、β的大小,下列判断正确的是( ) A.α<60°B.α<30°C.β>60°D.β<30°答案:C
4.将塑料瓶下侧开一个小孔,瓶中灌入清水,水就从小孔流出。将激光水平射向塑料瓶小孔,观察到激光束沿水流方向发生了弯曲,光被完全限制在水流内。则下列说法正确的是( )A.激光束发生弯曲是因为光在水柱与空气分界面上发生折射B.激光束发生弯曲是因为光在水柱与空气分界面上发生全反射C.仅改用折射率更大的液体,激光束不能完全被限制在水流内D.激光在水中的传播速度大于其在空气中的传播速度答案:B
5.如图所示,一长方体透明玻璃砖在底部挖去半径为R的半圆柱,玻璃砖长为l。一束单色光垂直于玻璃砖上表面射入玻璃砖,且覆盖玻璃砖整个上表面,已知该单色光在玻璃砖中的折射率为 ,真空中的光速c=3.0×108 m/s,不考虑光在玻璃砖中的多次反射。求:(1)单色光在玻璃砖中的传播速度;(2)半圆柱面上有光线射出的表面积。
目 标 素 养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,形成正确的物理观念。3.利用全反射条件,应用临界角公式解答相关问题,培养科学思维能力。4.了解光导纤维的工作原理和光导纤维在生产、生活中的应用,培养分析解决实际问题的能力。
一、全反射1.光疏介质和光密介质。
2.定义:当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,这种现象叫作全反射,这时的入射角叫作临界角。3.发生全反射的条件。(1)光由光密介质射入光疏介质。(2)入射角大于或等于临界角。
4.临界角与折射率的关系。(1)定量关系:光由某种介质射入空气(或真空)时,sin C= 。(2)定性关系:介质的折射率越大,发生全反射的临界角越小,越容易发生全反射。
微判断1 1.密度大的介质就是光密介质。( )2.两种介质相比较,折射率大的介质是光密介质。( )3.光密介质和光疏介质具有绝对性。( )
微训练1 已知某种介质的折射率 ,在这种介质与空气的分界面MN上有光线入射,如图所示的光路中,哪个是正确的(MN上部是空气,MN下部是介质)( )
微思考1 为什么水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮?提示:水或玻璃中的气泡是光疏介质,光经过水或玻璃照射气泡时,一部分光会发生全反射,相对于其他物体而言,有更多的光反射到人眼中,因此人眼感觉气泡特别明亮。
二、全反射的应用1.全反射棱镜:截面为等腰直角三角形的棱镜,利用全反射改变光的方向。2.光导纤维:由折射率较大的内芯和折射率较小的外套组成,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。
微判断2 1.光从密度大的介质射入密度小的介质时一定能发生全反射。( )2.全反射棱镜和平面镜都是根据全反射原理。( )3.光纤通信的主要优点是容量大。( )
微训练2光纤通信是利用光的全反射将大量信息高速传输。若采用的光导纤维是由内芯和外层两层介质组成,下列说法正确的是( )A.内芯和外层折射率相同,折射率都很大B.内芯和外层折射率相同,折射率都很小C.内芯和外层折射率不同,外层折射率较小D.内芯和外层折射率不同,外层折射率较大答案:C
解析:光在光导纤维内传播而不折射出来,这是光在内芯和外层的界面上发生全反射的缘故,因而内芯的折射率一定大于外层的折射率,所以选项C正确。
微思考2 全反射棱镜和平面镜相比,有哪些优点?提示:(1)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。
一 对全反射现象的理解
重难归纳1.对光疏介质和光密介质的理解。(1)对光路的影响:根据折射定律,光由光疏介质射入光密介质(例如由空气射入水)时,折射角小于入射角;光由光密介质射入光疏介质(例如由水射入空气)时,折射角大于入射角。(2)光疏介质和光密介质的比较。
(3)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定谁是光疏介质或光密介质。
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。同时折射光线减弱,即折射光线能量减小,反射光线增强,能量增加,当入射角达到临界角时,折射光线完全消失,反射光的能量等于入射光的能量。
(4)临界角。①定义:刚好发生全反射(即折射角为90°)时的入射角为全反射的临界角,用C表示。
③不同色光的临界角: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。
七种色光能否在同一界面上同时发生全反射?提示:能。如果光从光密介质射入光疏介质,并且入射角大于等于红光的临界角,则七种色光能在同一界面上同时发生全反射。
典例剖析某玻璃三棱镜的截面如图所示,其折射率为 ,该三棱镜的AB边竖直放置,∠BAC=60°,∠B=45°。当一束水平单色光照射在三棱镜AB边上时,光在AC边上的折射角为(不考虑光在玻璃中的多次反射)( )
A.30°B.45°C.60°D.75°答案:B
光未经反射直接照到AC界面上时的入射角为60°,将在AC界面处发生全反射。光在BC边上的入射角等于45°,故光在BC边恰好发生全反射,其光路图如图所示。
BC界面的反射光的光线在AC边上的入射角i=30°,根据 可知,在AC边上的折射角为r=45°,故选项B正确。
规律总结全反射问题的处理技巧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.若光由光密介质进入光疏介质,则根据 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、运算及变换、进行动态分析或定量计算。
学以致用如图所示,半径为R的玻璃球体,球心为O,AB为水平直径,M点是玻璃球的最高点。光线BD从D点射出,出射光线平行于AB。已知∠ABD=30°,光在真空中的传播速度为c,则( )A.此玻璃的折射率为2B.光从B到D需用时C.若减小∠ABD,从AD段射出的光线仍平行于ABD.若增大∠ABD,光线不可能在DM段发生全反射现象答案:B
二 全反射棱镜 光导纤维
重难归纳1.全反射棱镜的作用及应用。(1)作用:横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜,全反射棱镜是一种特殊的棱镜,在光学仪器中用来改变光的传播方向。(2)应用:对于精密的光学仪器,如照相机、望远镜、显微镜等,就需要用全反射棱镜代替平面镜,以消除多余的像。
2.对全反射棱镜光学特性的两点说明。(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)反射时失真小,两种反射情况如图甲、乙所示。
“沙漠蜃景”是怎么形成的?提示:(1)气候条件:太阳照到沙地上,接近沙面的热空气层比上层空气的密度小,折射率也小。(2)光路分析:从远处物体射向地面的光线,进入折射率小的热空气层时被折射,入射角逐渐增大,可能发生全反射。(3)虚像的形成:人们逆着反射光线看去,就会看到远处物体的倒影,仿佛是从水面反射出来的一样。沙漠里的行人常被这种景象所迷惑,以为前方有水源而奔向前去,但总是可望而不可即。
典例剖析下图为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图,玻璃丝长为l,折射率为n,AB代表端面。已知光在真空中的传播速度为c。(1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面,求光线在端面AB上的入射角应满足的条件。(2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间。
解析:(1)设光线在端面AB上C点(如图)的入射角为i,折射角为r,由折射定律有sin i=nsin r①
设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为α,为了使该光线可在此光导纤维中传播,应有α≥θ②式中θ是光线在玻璃丝内发生全反射时的临界角,
规律总结对光导纤维折射率的要求
由图可知:(1)当θ1增大时,θ2增大,而从光纤射向空气中光线的入射角θ减小;(2)当θ1=90°时,若θ=C,则所有进入光纤中的光线都能发生全反射,即有n= ,以上是光从光纤射向真空时得到的折射率;(3)由于光导纤维包有外套,外套的折射率比真空的折射率大,因此光导纤维折射率要比 大些。
学以致用空气中两条光线a和b从方框左侧入射,分别从方框下方和上方射出,其框外光线如图所示。方框内有两个折射率n=1.5的玻璃全反射棱镜。下列四种两棱镜的放置方式,能产生图示效果的是( )
解析:四个选项产生光路效果如图所示。
1.(多选)下列说法正确的是( )A.因为水的密度大于酒精的密度,所以水是光密介质B.因为水的折射率小于酒精的折射率,所以水对酒精来说是光疏介质C.同一束光,在光密介质中的传播速度较大D.同一束光,在光密介质中的传播速度较小答案:BD
2.如图所示,在某种液体内,有一轴截面为正三角形的薄壁透明圆锥罩ABC,底面水平,罩内为空气。发光点D位于AB中点,发出的垂直于BC的光恰好不能射出液面。下列说法正确的是( )A.D发出的光照射到CB界面时可能发生全反射B.液面上方能够看到透明罩所有位置都被照亮
解析:D发出的光照射到CB界面时,是从光疏介质向光密介质入射,不能发生全反射,故选项A错误。由题知,发光点D发出的垂直于BC的光恰好不能射出液面,可知点D发出的在垂直于BC以下部分的光不能射出液面,所以在液面上方不能够看到透明罩所有位置都被照亮,故选项B错误。由几何关系可知,发光点D发出的垂直于BC的光垂直于BC进入液体后,在上边的液面处的入射角等于60°,恰好不能射出液面,则临界角为60°,所以折射率 , 故选项C正确,D错误。
3.光纤信号传输利用了光的全反射和折射原理,图中是某种单色光在光纤中的传播路径,其经过多次全反射后从右端射出。若该介质的折射率为 ,则关于α、β的大小,下列判断正确的是( ) A.α<60°B.α<30°C.β>60°D.β<30°答案:C
4.将塑料瓶下侧开一个小孔,瓶中灌入清水,水就从小孔流出。将激光水平射向塑料瓶小孔,观察到激光束沿水流方向发生了弯曲,光被完全限制在水流内。则下列说法正确的是( )A.激光束发生弯曲是因为光在水柱与空气分界面上发生折射B.激光束发生弯曲是因为光在水柱与空气分界面上发生全反射C.仅改用折射率更大的液体,激光束不能完全被限制在水流内D.激光在水中的传播速度大于其在空气中的传播速度答案:B
5.如图所示,一长方体透明玻璃砖在底部挖去半径为R的半圆柱,玻璃砖长为l。一束单色光垂直于玻璃砖上表面射入玻璃砖,且覆盖玻璃砖整个上表面,已知该单色光在玻璃砖中的折射率为 ,真空中的光速c=3.0×108 m/s,不考虑光在玻璃砖中的多次反射。求:(1)单色光在玻璃砖中的传播速度;(2)半圆柱面上有光线射出的表面积。
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