高中光的折射教案

第十七章　光的傳播（三、全反射）。

【教學(xué)目的】

1．全反射現(xiàn)象及其發(fā)生條件

2．臨界角的計(jì)算

3．全反射的應(yīng)用

【教學(xué)重點(diǎn)】

全反射現(xiàn)象及其發(fā)生條件

【教學(xué)難點(diǎn)】

綜合光路可逆知識(shí)和三角函數(shù)常識(shí)求解臨界角、理解發(fā)生全反射的條件

【教學(xué)難點(diǎn)】

激光器、半圓形玻璃磚、模擬光導(dǎo)纖維

【教學(xué)過(guò)程】

復(fù)習(xí)引入

復(fù)習(xí)啟發(fā)：我們才作過(guò)“測(cè)定玻璃折射率”的實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)同學(xué)們回憶一下，當(dāng)入射角非常接近90°時(shí)，我們做實(shí)驗(yàn)觀察時(shí)有什么感覺(jué)？

學(xué)生：比較難以看清P1和P2兩顆針。

為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？還是讓我們回到相關(guān)的物理學(xué)史。原來(lái)，物理學(xué)家們?cè)谔接懝獾恼凵涞姆较蛞?guī)律時(shí)，也探討過(guò)能量分配的規(guī)律。下表是斯涅爾測(cè)量的、光線從空氣射入玻璃界面時(shí)，反射光和折射光的能量分配情況──

入射角

入射光線能量為(100％)

反射光線能量

折射光線能量

0°

100％

4.7％

95.3％

30°

100％

4.9％

95.1％

60°

100％

9.8％

90.2％

80°

100％

39％

61％

90°

100％

100％

0％

從這個(gè)表格的數(shù)據(jù)，同學(xué)們可以發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？

學(xué)生：隨著入射角的增大，反射光的能量分配加大，而折射光的能量分配減小。

事實(shí)上，這種能量的分配情況在交換介質(zhì)之后，還會(huì)出現(xiàn)更加有趣的情形──

一全反射

為了方便表達(dá)全反射的規(guī)律，這里先介紹兩個(gè)新的名詞──

1．光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)

光疏介質(zhì)：兩種介質(zhì)中折射率較小的介質(zhì)叫做光疏介質(zhì)。

光密介質(zhì)：兩種介質(zhì)中折射率較大的介質(zhì)叫做光密介質(zhì)。

很顯然，這是一個(gè)通過(guò)相互比較得出的概念，所以沒(méi)有絕對(duì)的光疏介質(zhì)和絕對(duì)的光密介質(zhì)。

示例：水和空氣比較；水和金剛石比較…

提問(wèn)1：光線從光疏介質(zhì)傳播到光密介質(zhì)比較，傳播速度會(huì)怎樣變化？

學(xué)生：v疏＞v密

提問(wèn)2：光線從光疏介質(zhì)傳播到光密介質(zhì)比較，傳播方向有什么規(guī)律？

學(xué)生：折射角小于入射角。（反之，折射角大于入射角。）

提問(wèn)3：光密介質(zhì)的密度是不是一定比光疏介質(zhì)大？

學(xué)生：查“幾種介質(zhì)的折射率”表格，再做結(jié)論。

很顯然，光疏和光密是相對(duì)光的傳播而言，而與物質(zhì)的密度沒(méi)有必然聯(lián)系。

過(guò)渡：剛才我們已經(jīng)總結(jié)過(guò)了，光線從光密介質(zhì)傳播到光疏介質(zhì)時(shí)，折射角總是大于入射角的，而當(dāng)入射角增大時(shí)，反射角也會(huì)同時(shí)增大，這時(shí)，哪一個(gè)角先趨近90°呢？

學(xué)生：折射角。

趨近90°后，折射光線又怎樣傳播呢？

下面看實(shí)驗(yàn)演示──

演示：光的全反射實(shí)驗(yàn)

提請(qǐng)學(xué)生觀察：a．反射光和折射光的強(qiáng)度變化；b．折射光的方向變化

提問(wèn)：在強(qiáng)度方面，斯涅爾的研究是不是得到重現(xiàn)？

學(xué)生：是的。

啟發(fā)：入射角增大到一定的角度后，折射光還存不存在？

2．全反射：：當(dāng)光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，折射角大于入射角。當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí)，折射角等于900，此時(shí)，折射光完全消失，入射光全部反回原來(lái)的介質(zhì)中，這種現(xiàn)象叫做全反射。

全反射的物理意義：折射光的能量為零，入射光的能量全部等于反射光。

全反射的數(shù)學(xué)意義：我們看一種簡(jiǎn)單的全反射情形──某介質(zhì)（折射率為n）到真空（或空氣）。為了應(yīng)用已經(jīng)學(xué)過(guò)的折射定律，我們先假設(shè)它的可逆光路（參看圖1）……然后，不難得出

參照=，即sinθ2=nsinθ1，顯然，當(dāng)θ1足夠大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)sinθ2＞1，θ2無(wú)解。

很顯然，θ2有解和無(wú)解的臨界情形是θ2=90°，此時(shí)θ1=arcsin

3．臨界角：為了顯示這個(gè)角的特殊意義，我們給它一個(gè)特定的字母C，并將它稱為臨界角。

即C=arcsin

有了臨界角C，我們就不難總結(jié)出全反射的條件──

當(dāng)入射角i≥C時(shí)，發(fā)生全反射形象，若入射角i＜C時(shí)，則不發(fā)生全反射，既有反射又有折射形象。

那么，臨界角的物理意義又是什么呢？當(dāng)光線以相同的入射角從不同的介質(zhì)射入真空（或空氣），臨界角大的介質(zhì)容易發(fā)生全反射還是臨界角小的介質(zhì)容易發(fā)生全反射？

學(xué)生：臨界角小的。

那么，請(qǐng)同學(xué)們查一查“幾種介質(zhì)的折射率”表格，當(dāng)光線從這些介質(zhì)中射入真空（或空氣），最容易發(fā)生全反射的介質(zhì)是什么？

學(xué)生：金剛石。

事實(shí)上，鉆石的璀璨、神秘的光芒正是由于光線在其中發(fā)生多次全反射的結(jié)果。此外，玻璃中的氣泡顯得特別明亮、露珠顯得幽暗，這些都是全反射造成的。

過(guò)渡：人們研究全反射，除了解釋一些物理現(xiàn)象外，還有什么別的價(jià)值嗎？

二光導(dǎo)纖維

光導(dǎo)纖維簡(jiǎn)稱光纖，我們常聽到的“光纖通信”就是利用的光線在光纖中的全反射原理。光線在光纖中是怎樣發(fā)生全反射的呢？我們先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)──

演示：光線在“模擬光纖”中的全反射。

提請(qǐng)學(xué)生觀察：a．玻璃棒周圍有沒(méi)有光線射出；b．從玻璃棒末端射出的光強(qiáng)度和沒(méi)有插玻璃棒時(shí)，光線從小孔射出時(shí)的強(qiáng)度。

總結(jié)：玻璃棒的側(cè)面幾乎沒(méi)有光線射出；玻璃棒幾乎“導(dǎo)出”的小空中所有光的能量。

形成這一現(xiàn)象的原因是什么呢？

師生共同作圖分析…見圖2。

啟發(fā)：如果讓這根玻璃棒繼續(xù)彎曲下去──成為很多圈，以上的這種性質(zhì)會(huì)改變嗎？

學(xué)生：不會(huì)。

思考啟發(fā)：如果將玻璃棒的彎曲程度加大，以上的這種性質(zhì)會(huì)改變嗎？

學(xué)生：會(huì)（在圖2中的2處和4處可能不滿足全反射的條件…）。

但是，在彎曲程度加大的前提下，同時(shí)將玻璃棒做的很細(xì)，以上的狀況會(huì)有所改善嗎？

學(xué)生：交流、作圖…得出結(jié)論（會(huì)）。

我們都知道玻璃本來(lái)是非常堅(jiān)硬的，但是有一種特制的玻璃絲，卻可以做的非常柔軟、非常細(xì)?，F(xiàn)在，我們將這樣的多根玻璃纖維捆綁成一束，然后，將首端的光照情況遵循某種規(guī)律，如圖3，則在纖維束的末端，會(huì)出現(xiàn)什么情況？

學(xué)生：呈現(xiàn)首端一樣的規(guī)律。

同學(xué)們，這就是光導(dǎo)纖維傳遞信息的基本原理。

在傳遞信息的手段中，我們已經(jīng)學(xué)過(guò)了機(jī)械傳送、機(jī)械波傳遞、有限電流傳遞、無(wú)線電波傳輸?shù)鹊取，F(xiàn)在又出現(xiàn)一個(gè)光線傳輸，光纖傳輸有什么樣的特點(diǎn)呢？

1．一維傳輸。能流密度不變；

2．作為電磁波，波段特別，抗干擾性強(qiáng)；

光導(dǎo)纖維應(yīng)用的領(lǐng)域：醫(yī)療、通信…

學(xué)生：光導(dǎo)纖維的前沿知識(shí)閱讀…

〖例題〗在水中的魚看來(lái)，水面上和岸上的所有景物，都出現(xiàn)在頂角約為97.6°的倒立錐面里（如圖4所示），為什么？

分析：本題是一個(gè)全反射的逆向應(yīng)用。根據(jù)水的折射率，不難求出光線從水射入空氣的臨界角，而這個(gè)臨界光路的可逆光路事實(shí)上函蓋了水面上所有可能入射到水中的光線，所以…

解：水的臨界角C=arcsin=arcsin=48.8°

當(dāng)光線以90°的最大入射角射入水中時(shí)，折射角為C，故所有射入水中的光線的折射角均小于C，根據(jù)空間旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，水面上所有的景物都落在頂角為2C=97.6°的錐面內(nèi)。

三小結(jié)

本節(jié)課，我們學(xué)習(xí)了光的全反射現(xiàn)象及其規(guī)律。從物理的角度看，它是能量分配規(guī)律形成必然結(jié)果，從數(shù)學(xué)角度看，它是一般的折射定律在特定情形下“無(wú)解”的必然。要發(fā)生全反射，要滿足兩個(gè)條件：①?gòu)墓饷芙橘|(zhì)射入光疏介質(zhì)，②入射角大于或等于臨界角。

全反射在科技領(lǐng)域的重要應(yīng)用是光纖，關(guān)于這方面的遷延知識(shí)大家可以從課外的資料、傳媒上去了解得更多一些。

四作業(yè)布置

延伸閱讀

第十七章　光的傳播（一、光的直線傳播）

光學(xué)簡(jiǎn)介

我們無(wú)法想象一個(gè)沒(méi)有光明的世界，光使我們認(rèn)識(shí)周邊的事物，提供了人類直接感知信息的90%。

除了感知周邊的事物，人們很早就對(duì)宇宙天體進(jìn)行光學(xué)觀測(cè)，逐漸形成了科學(xué)的世界觀。正是有了精確的天文觀測(cè)，才有了開普勒三定律，才有牛頓萬(wàn)有引力定律的誕生，為經(jīng)典物理大廈的建立打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

人們不僅對(duì)光的傳播規(guī)律進(jìn)行研究和應(yīng)用，到十七世紀(jì)，科學(xué)家們還開始對(duì)光的本性進(jìn)行深層次的思考，這方面的研究到二十世紀(jì)取得了豐碩的成果。光的波粒二象性學(xué)說(shuō)為人們認(rèn)識(shí)整個(gè)世界提供了一個(gè)更完美的視角。而對(duì)于光譜的研究則是人們深入探索微觀世界的契機(jī)。

第一節(jié)光的直線傳播

【教學(xué)目的】

1．知道光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播，并能用來(lái)解釋相關(guān)現(xiàn)象．

2．理解光源的概念，知道光線是表示光的傳播方向的直線，是一個(gè)抽象模型．

3．知道光在真空中的傳播速度是3×108m/s，會(huì)根據(jù)公式計(jì)算光傳播的路程和時(shí)間．

【教學(xué)重點(diǎn)】

光的直線傳播，光在真空中的傳播速度

【教學(xué)難點(diǎn)】

利用光的直線傳播原理解釋一些光學(xué)現(xiàn)象

【教學(xué)過(guò)程】

引入

我們學(xué)習(xí)光學(xué)，有必要從一些最基本的概念和規(guī)律開始──

一光源

宇宙間的物體，有的是發(fā)光的，有的是不發(fā)光的。我們把能自行發(fā)光的物體叫做──光源：能自行發(fā)光的物體。

請(qǐng)大家注意構(gòu)成這個(gè)概念的字眼，關(guān)鍵詞是什么？

那么，我們下面看這樣一些物體，（宇宙空間）太陽(yáng)、月亮星星；（周邊事物）螢火蟲、（通電的）燈泡、反光鏡，哪些是光源，哪些不是？

學(xué)生：交流、作答（太陽(yáng)、螢火蟲、電燈泡）。

光源之所以自行發(fā)光，是因?yàn)橄牧似渌问降哪埽M(jìn)而將它們轉(zhuǎn)化成了光能。請(qǐng)大家分析一下上面提到的三個(gè)光源的能量轉(zhuǎn)化情況…

學(xué)生：螢火蟲──生物能→光能；電燈泡──電能→光能；（教師補(bǔ)充：對(duì)于太陽(yáng)的能量轉(zhuǎn)化，情形要復(fù)雜一些，我們會(huì)在第二十二章學(xué)習(xí)到。它完成的是原子能到光能的轉(zhuǎn)化。）

世界上有多種多樣的光源，我們有必要對(duì)它們進(jìn)行分類，但正如力的分類有幾種不同的體系一樣，光源的分類方式也不是唯一的。

如果我們按照光源的形成分類，可以分為自然光源和人造光源。

如果按照光源的形狀，可以分為點(diǎn)光源、線光源、面光源等。

如果按照光照的方向特點(diǎn)，可以分為平行光源、發(fā)散光源等。

我們能看到光源，是因?yàn)樗l(fā)出的光射入眼睛，產(chǎn)生了視覺(jué)反映。我們能看到不發(fā)光的物體，是因?yàn)楣庠窗l(fā)出的光能夠被它們發(fā)射，而反射光進(jìn)入眼睛產(chǎn)生了視覺(jué)。

二光的直線傳播光線

光的直線傳播規(guī)律是我們比較好接受的。但作為一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)結(jié)論，人們發(fā)現(xiàn)，直線傳播的規(guī)律也是有條件的。所以，我們有必要先接觸一個(gè)名詞──

介質(zhì)：光能夠在其中傳播的物質(zhì)。

我們遇到的一些物質(zhì)中，有些是透明的，有些則不透明?？梢赃@樣看，透明物質(zhì)就是光介質(zhì)。

人們研究發(fā)現(xiàn)，光只有在同種、均勻的介質(zhì)中才是直線傳播的。

1．光在同種、均勻介質(zhì)中是直線轉(zhuǎn)播的。

光的傳播知識(shí)在初中我們已經(jīng)知道了一些，請(qǐng)大家告訴我，為什么要強(qiáng)調(diào)“同種”？

學(xué)生：光越過(guò)不同介質(zhì)要發(fā)生折射現(xiàn)象。

為什么還要強(qiáng)調(diào)“均勻”呢？

學(xué)生：快速瀏覽…

為了直觀地表征光的直線傳播規(guī)律，人們還引進(jìn)了光線的概念──

2．光線：沿光的傳播方向作一條線，并標(biāo)上箭頭，表示傳播方向。

在暗室的窗上開一個(gè)小孔，讓一束陽(yáng)光射入，可以看到光的傳播路徑是筆直的。漆黑的夜晚，探照燈射過(guò)有煙霧的天空，我們也能“光沿直線傳播”的壯觀景象，這都是光沿直線傳播的直接證據(jù)。但是，能不能說(shuō)，這些就是光線呢？

學(xué)生：思考、交流…

教師（聯(lián)系傳媒）展示相關(guān)事實(shí)：①如果天空非常明凈，我們看到的是探照燈的光柱，還是到達(dá)地面的光斑？②在太空，宇航員能看到太陽(yáng)“光線”嗎？

學(xué)生：光斑；不能。

事實(shí)上，即使再細(xì)的光束，也不能說(shuō)它就是光線，因?yàn)楣饩€是人們?yōu)榱吮碚鞴獾膫鞑ザM(jìn)的一個(gè)抽象工具，它是一個(gè)理想模型，而不是真實(shí)的存在。

光線盡管是一個(gè)抽象模型，但對(duì)人們運(yùn)用光的直線傳播規(guī)律分析問(wèn)題是非常有效的。下面看幾個(gè)典型的事例──

a．眼睛判斷發(fā)光點(diǎn)的位置，列隊(duì)時(shí)“向前看齊”，槍手瞄準(zhǔn)；

b．小孔成像；

c．日食和月食的形成。

學(xué)生：補(bǔ)充一些應(yīng)用光的直線傳播規(guī)律的事例…

利用光線的概念，我們還可以準(zhǔn)確界定平行光和發(fā)散光的概念──

平行光：所有光線都平行的光叫平行光。請(qǐng)大家注意這個(gè)概念…真正的平行光源事實(shí)上是很難找到的，我們常常將太陽(yáng)光近似看成平行光（但在研究小孔成像、月食和日食的形成時(shí)，并不能作這種近似處理）；用一些光學(xué)儀器可以造就比較理想平行光，譬如激光器、凸透鏡等。

與平行光相對(duì)應(yīng)的則有發(fā)散光（常見）和會(huì)聚光（不常見）。

三．光速

光在真空中的傳播速度為c=3.00×108m/s，這就是通常意義上的光速。事實(shí)上，光傳播到其它介質(zhì)時(shí)，傳播速度會(huì)小于c（定量規(guī)律在下一節(jié)介紹）。

光速c是一個(gè)什么樣的概念呢？我們不妨做這樣一些估算──

1．如果飛船繞地球以光速飛行，它1秒鐘可以繞行7.5圈；

2．如果飛船以光速飛行，它從地球到達(dá)月球，只需要1.3秒。

盡管光速是如此之大，但由于宇宙中某些天體之間的距離非常遙遠(yuǎn)，光的傳播仍需要很長(zhǎng)的時(shí)間，如：太陽(yáng)光到達(dá)地球需要8分鐘，光線從天狼星到達(dá)地球甚至需要8.7年！

由于光速很大，所以在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)人們認(rèn)為光的傳播根本不需要時(shí)間，直到17世紀(jì)，科學(xué)家們才發(fā)現(xiàn)光速是有限的，在測(cè)定光速的努力中，很多科學(xué)家都做出了貢獻(xiàn)。有關(guān)的物理學(xué)史和目前光速的權(quán)威、精確數(shù)據(jù)怎樣，請(qǐng)大家課后參看《閱讀材料──光速的測(cè)定》。

四小結(jié)

本節(jié)課，我們復(fù)習(xí)了一個(gè)基本的規(guī)律──光的直線傳播，介紹了一個(gè)數(shù)據(jù)──光速，了解了幾個(gè)名詞──光源、光線、介質(zhì)、平行光等等。如果說(shuō)今天的學(xué)習(xí)相比初中應(yīng)該有所提高的話，請(qǐng)大家留意規(guī)律的條件、數(shù)據(jù)的數(shù)量級(jí)、概念的準(zhǔn)確措辭，物理術(shù)語(yǔ)和口頭的俗語(yǔ)之所以不同，就是因?yàn)樗鼈兙哂袦?zhǔn)確的內(nèi)涵，而不是只給人一種似是而非的模糊印象。

五作業(yè)布置

【板書設(shè)計(jì)】

注意“教學(xué)過(guò)程”的帶框字符，即是板書計(jì)劃。

全反射

俗話說(shuō)，居安思危，思則有備，有備無(wú)患。高中教師要準(zhǔn)備好教案，這是高中教師的任務(wù)之一。教案可以讓學(xué)生更好的消化課堂內(nèi)容，幫助高中教師能夠更輕松的上課教學(xué)。你知道如何去寫好一份優(yōu)秀的高中教案呢？下面的內(nèi)容是小編為大家整理的全反射，希望能為您提供更多的參考。

全反射

一、教學(xué)目標(biāo)
1．在物理知識(shí)方面的要求．
（1）理解光的全反射現(xiàn)象；
（2）掌握臨界角的概念和發(fā)生全反射的條件；
（3）了解全反射現(xiàn)象的應(yīng)用．
2．通過(guò)觀察演示實(shí)驗(yàn)，理解光的全反射現(xiàn)象，概括出發(fā)生全反射的條件，培養(yǎng)學(xué)生的觀察、概括能力；通過(guò)觀察演示實(shí)驗(yàn)引起學(xué)生思維海洋中的波瀾，培養(yǎng)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象分析本質(zhì)的方法、能力．
3．滲透學(xué)生愛(ài)科學(xué)的教育，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科學(xué)、愛(ài)科學(xué)、用科學(xué)的習(xí)慣，生活中的物理現(xiàn)象很多，能否用科學(xué)的理論來(lái)解釋它，更科學(xué)的應(yīng)用生活中常見的儀器、物品．

二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析
1．重點(diǎn)是掌握臨界角的概念和發(fā)生全反射的條件，折射角等于90°時(shí)的入射角叫做臨界角，當(dāng)光線從光密介質(zhì)射到它與光疏介質(zhì)的界面上時(shí)，如果入射角等于或大于臨界角就發(fā)生全反射現(xiàn)象．
2．全反射的應(yīng)用，對(duì)全反射現(xiàn)象的解釋．光導(dǎo)纖維、自行車的尾燈是利用了全反射現(xiàn)象制成的；海市蜃樓、沙漠里的蜃景也是由于全反射的原因而呈現(xiàn)的自然現(xiàn)象．

三、教具
1．全反射現(xiàn)象演示儀，接線板，煙霧發(fā)生器，火柴，產(chǎn)生煙霧的煙霧源，半圓柱透明玻璃（半圓柱透鏡），彎曲的細(xì)玻璃棒（或光導(dǎo)纖維）．
2．燒杯，水，蠟燭，火柴，試管夾、鍍鉻的光亮鐵球（可夾在試管夾上）．
3．自行車尾燈（破碎且內(nèi)部較完整）．
4．直尺．

四、主要教學(xué)過(guò)程
（一）引入新課
演示Ⅰ將光亮鐵球出示給學(xué)生看，在陽(yáng)光下很刺眼，將光亮鐵球夾在試管夾上，放在點(diǎn)燃蠟燭上熏黑，將試管夾和鐵球置于燭焰的內(nèi)焰進(jìn)行熏制，一定要全部熏黑，再讓學(xué)生觀察．然后將熏黑的鐵球浸沒(méi)在盛有清水的燒杯中，現(xiàn)象發(fā)生了，放在水中的鐵球變得比在陽(yáng)光下更亮．好奇的學(xué)生誤認(rèn)為是水泡掉了鐵球上黑色物，當(dāng)老師把試管夾從水中取出時(shí)，發(fā)現(xiàn)熏黑的鐵球依然如故，再將其再放入水中時(shí)，出現(xiàn)的現(xiàn)象和前述一樣，學(xué)生大惑不解，讓學(xué)生帶著這個(gè)疑問(wèn)開始學(xué)習(xí)新的知識(shí)——全反射現(xiàn)象．
（二）新課教學(xué)
1．全反射現(xiàn)象．
光傳播到兩種介質(zhì)的界面上時(shí)，通常要同時(shí)發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，若滿足了某種條件，光線不再發(fā)生折射現(xiàn)象，而全部返回到原介質(zhì)中傳播的現(xiàn)象叫全反射現(xiàn)象．
那么滿足什么條件就可以產(chǎn)生全反射現(xiàn)象呢？
2．發(fā)生全反射現(xiàn)象的條件．
（1）光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)．
對(duì)于兩種介質(zhì)來(lái)說(shuō)，光在其中傳播速度較小的介質(zhì)，即絕對(duì)折射率較大的介質(zhì)，叫光密介質(zhì)，而光在其中傳播速度較大的介質(zhì)，即絕對(duì)折射率較小的介質(zhì)叫光疏介質(zhì)，光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是相對(duì)的．例如：水、空氣和玻璃三種物質(zhì)相比較，水對(duì)空氣來(lái)說(shuō)是光密介質(zhì)，而水對(duì)玻璃來(lái)說(shuō)是光疏介質(zhì)，根據(jù)折射定律可知，光線由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(shí)（例如由空氣射入水），折射角小于入射角；光線由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)（例如由水射入空氣），折射角大于入射角．
既然光線由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，折射角大于入射角，由此可以預(yù)料，當(dāng)入射角增大到一定程度時(shí)，折射角就會(huì)增大到90°

因而：
（3）發(fā)生全反射的條件．
①光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)；
②入射角等于或大于臨界角．
3．對(duì)全反射現(xiàn)象的解釋．
（1）引入新課的演示實(shí)驗(yàn)Ⅰ．被蠟燭熏黑的光亮鐵球外表面附著一層未燃燒完全的碳蠟混和物，對(duì)水來(lái)說(shuō)是不浸潤(rùn)的，當(dāng)該球從空氣進(jìn)入水中時(shí)，在其外表面上會(huì)形成一層很薄的空氣膜，當(dāng)有光線透過(guò)水照射到水和空氣界面上時(shí)，會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象，而正對(duì)小球看過(guò)去會(huì)出現(xiàn)一些較暗的區(qū)域，這是入射角小于臨界角的區(qū)域，明白了這個(gè)道理再來(lái)看這個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)有另一番感受．
（2）讓學(xué)生觀察自行車尾燈．用燈光來(lái)照射尾燈時(shí)，尾燈很亮，也是利用全反射現(xiàn)象制成的儀器．在講完全反射棱鏡再來(lái)體會(huì)它的原理就更清楚了．可先讓學(xué)生觀察自行車尾燈內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，回想在夜間看到的現(xiàn)象．引導(dǎo)學(xué)生注意生活中的物理現(xiàn)象，用科學(xué)知識(shí)來(lái)解釋它，從而更好的利用它們?yōu)槿祟惙?wù)．
（3）用激光演示儀的激光光源演示光導(dǎo)纖維傳播光的現(xiàn)象，或用彎曲的細(xì)玻璃棒進(jìn)行演示，配合作圖來(lái)解釋現(xiàn)象：
從細(xì)玻璃棒一端射進(jìn)棒內(nèi)的光線，在棒的內(nèi)壁多次發(fā)生全反射，沿著鋸齒形路線由棒的另一端傳了出來(lái)，玻璃棒就像一個(gè)能傳光的管子一樣．
實(shí)際用的光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲，直徑只有幾μm到100μm左右，而且是由內(nèi)心和外套兩層組成的，光線在內(nèi)心外套的界面上發(fā)生全反射，如果把光導(dǎo)纖維聚集成束，使其兩端纖維排列的相對(duì)位置相同，這樣的纖維就可以傳遞圖像．
（4）讓學(xué)生閱讀大氣中的光現(xiàn)象——蒙氣差，海市蜃樓，沙漠里的蜃景．
例題1：已知如圖1所示，介質(zhì)Ⅱ?yàn)榭諝?，介質(zhì)Ⅰ的折射率為

解析：根據(jù)發(fā)生全反射的條件，光從光密介質(zhì)射到光疏介質(zhì)中時(shí)，介質(zhì)Ⅰ對(duì)空氣Ⅱ來(lái)說(shuō)是光密介質(zhì)，所以光線a可能發(fā)生全反射，介質(zhì)Ⅰ的臨界角為：

，．

注意圖中光線a給的是與界面的夾角30°，而此時(shí)的入射角為60°＞45°，故光線a能發(fā)生全反射，故正確選擇答案為（C）．
例2：如圖2所示，一束光線從空氣射入某介質(zhì)，入射光線與反射光線夾角為90°，折射光線與入射光線延長(zhǎng)線間夾角為15°，求：（1）該介質(zhì)的折射率；（2）光在該介質(zhì)中傳播的速度；（3）當(dāng)光從介質(zhì)射入空氣時(shí)的臨界角．
解：根據(jù)題意入射光線與反射光線的夾角為90°，又根據(jù)光的反射定律，反射角等于入射角，即：．
．
所以（1）

20xx高三物理考點(diǎn)解析：光的折射、全反射

做好教案課件是老師上好課的前提，大家應(yīng)該在準(zhǔn)備教案課件了。教案課件工作計(jì)劃寫好了之后，才能更好的在接下來(lái)的工作輕裝上陣！哪些范文是適合教案課件？下面是小編精心收集整理，為您帶來(lái)的《20xx高三物理考點(diǎn)解析：光的折射、全反射》，歡迎您閱讀和收藏，并分享給身邊的朋友！

20xx高三物理考點(diǎn)解析：光的折射、全反射

考點(diǎn)48光的折射、全反射

考點(diǎn)名片

考點(diǎn)細(xì)研究：(1)光的折射定律；(2)折射率；(3)全反射、光導(dǎo)纖維等。其中考查到的如：20xx年四川高考第5題、20xx年全國(guó)卷第34題(2)、20xx年全國(guó)卷第34題(2)、20xx年四川高考第3題、20xx年重慶高考第11題(1)、20xx年安徽高考第18題、20xx年天津高考第2題、20xx年江蘇高考第12題B(3)、20xx年山東高考第38題(2)、20xx年北京高考第20題、20xx年四川高考第3題、20xx年重慶高考第11題(1)、20xx年福建高考第13題、20xx年全國(guó)卷第34題(2)、20xx年山東高考第38題(2)、20xx年江蘇高考第12題B(3)等。本知識(shí)點(diǎn)為高考的重點(diǎn)內(nèi)容。

備考正能量：光的折射定律的分析和計(jì)算、折射率，全反射及臨界角的計(jì)算是高考命題的熱點(diǎn)，試題一般為選擇題、計(jì)算題，難度中等。預(yù)計(jì)今后高考對(duì)此考點(diǎn)的考查不會(huì)有太大變化。

一、基礎(chǔ)與經(jīng)典

1．人站在岸邊看到水中的青蛙，下列說(shuō)法正確的是()

A．人看到青蛙的位置和青蛙看到人頭部的位置都比實(shí)際位置高

B．人看到青蛙的位置和青蛙看到人頭部的位置都比實(shí)際位置低

C．人看到青蛙的位置比實(shí)際位置高，青蛙看到人的頭部位置比實(shí)際位置低

D．人看到青蛙的位置比實(shí)際位置低，青蛙看到人的頭部位置比實(shí)際位置高

答案A

解析人看到青蛙，是青蛙反射的光線在水面經(jīng)折射后進(jìn)入人眼，由于折射角大于入射角，且人看到青蛙的位置在折射光線的反向延長(zhǎng)線上，故人看到青蛙的位置偏高；同理可分析，青蛙看到人頭部的位置比實(shí)際位置也偏高。

2．如圖，一束光由空氣射向半圓柱體玻璃磚，O點(diǎn)為該玻璃磚截面的圓心，下圖能正確描述其光路的是()

答案A

解析光只有從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)且入射角大于全反射臨界角時(shí)才會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象，而玻璃相對(duì)于空氣是光密介質(zhì)，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；由折射定律可知，光由空氣射入玻璃，入射角大于折射角，D項(xiàng)錯(cuò)誤；由光路可逆原理可知，光由玻璃射入空氣，入射角小于折射角，C項(xiàng)錯(cuò)誤，只有A項(xiàng)正確。

3.如圖所示，在空氣中有一直角棱鏡ABC，A＝30°，一束單色光從AB邊射入棱鏡，入射角為45°，最后垂直于BC邊射出棱鏡，則該棱鏡的折射率為()

A.B.

C．1.5D.

答案B

解析由幾何關(guān)系可知，光線射入棱鏡時(shí)的折射角為30°，由光的折射定律可知：n＝＝，選項(xiàng)B正確。

4．以往，已知材料的折射率都為正值(n0)?，F(xiàn)已有針對(duì)某些電磁波設(shè)計(jì)制作的人工材料，其折射率可以為負(fù)值(n0)，稱為負(fù)折射率材料。位于空氣中的這類材料，入射角i與折射角r依然滿足＝n，但是折射線與入射線位于法線的同一側(cè)(此時(shí)折射角取負(fù)值)?，F(xiàn)空氣中有一上下表面平行的負(fù)折射率材料，一束電磁波從其上表面射入，下表面射出。若該材料對(duì)此電磁波的折射率n＝－1，正確反映電磁波穿過(guò)該材料的傳播路徑的示意圖是()

答案B

解析折射線與入射線應(yīng)位于法線的同一側(cè)，故選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤。因?yàn)椴牧险凵渎蕁＝－1，在電磁波由空氣進(jìn)入介質(zhì)時(shí)，sinα＝－sin(－β)，得α＝β，則C項(xiàng)錯(cuò)誤。故正確選項(xiàng)為B。

5.如圖所示，一條圓柱形的光導(dǎo)纖維，長(zhǎng)為L(zhǎng)，它的內(nèi)芯的折射率為n1，內(nèi)部敷層的折射率為n2，光在空氣中的傳播速度為c，若光從它的一端射入經(jīng)全反射后從另一端射出所需的最長(zhǎng)時(shí)間為t，這時(shí)全反射的臨界角C，滿足sinC＝，則下列說(shuō)法中正確的是()

A．n1n2，t＝B．n1n2，t＝D．n1n2。光在內(nèi)芯中傳播的最長(zhǎng)路程為s＝，傳播速度為v＝，故最長(zhǎng)時(shí)間t＝＝＝。

6．如圖，一束白光沿半徑方向從A點(diǎn)射入半圓形玻璃磚，在O點(diǎn)發(fā)生反射和折射，折射光照在光屏上，a、b為折射光的上下邊界，c為反射光。若入射點(diǎn)由A向B緩慢移動(dòng)，并保持白光沿半徑方向入射到O點(diǎn)，可以觀察到各色光在光屏上陸續(xù)消失，在光帶未完全消失之前，下列說(shuō)法正確的是()

A．c光逐漸變暗

B．a(chǎn)b光帶逐漸變亮

C．a(chǎn)光與b光相比，a光先消失

D．單色光a通過(guò)玻璃磚所需的時(shí)間小于單色光b通過(guò)玻璃磚所需的時(shí)間

答案D

解析在光帶未完全消失之前，折射光線強(qiáng)度減弱，反射光線的強(qiáng)度加強(qiáng)，選項(xiàng)A、B均錯(cuò)誤。a光與b光相比，b光偏折的程度大，其折射率大，臨界角小，故b光先消失，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。b光折射率大，由n＝c/v，知單色光b在玻璃磚中的速度小，通過(guò)玻璃磚所需的時(shí)間長(zhǎng)，選項(xiàng)D正確。

7.(多選)如圖所示，a、b為兩束不同頻率的單色光，以45°的入射角射到玻璃磚的上表面，直線OO′與玻璃磚垂直且與其上表面交于N點(diǎn)，入射點(diǎn)A、B到N點(diǎn)的距離相等，經(jīng)玻璃磚上表面折射后兩束光相交于圖中的P點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是()

A．在真空中，a光的傳播速度大于b光的傳播速度

B．在玻璃中，a光的傳播速度大于b光的傳播速度

C．玻璃對(duì)a光的折射率小于玻璃對(duì)b光的折射率

D．同時(shí)增大入射角，則b光在下表面先發(fā)生全反射

E．對(duì)同一雙縫干涉裝置，a光的相鄰亮條紋間距比b光的相鄰亮條紋間距寬

答案BCE

解析在真空中，a光的傳播速度等于b光的傳播速度，選項(xiàng)A錯(cuò)誤。由圖可知，玻璃對(duì)a光的折射率小于玻璃對(duì)b光的折射率，選項(xiàng)C正確。由n＝c/v可知在玻璃中，a光的傳播速度大于b光的傳播速度，選項(xiàng)B正確。增大入射角，a、b光都不會(huì)在下表面發(fā)生全反射，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。由折射率與波長(zhǎng)關(guān)系，a光的折射率小，說(shuō)明a光的波長(zhǎng)大。對(duì)同一雙縫干涉裝置，由Δx＝λ可得a光的相鄰亮條紋間距比b光的相鄰亮條紋間距寬，選項(xiàng)E正確。

8.(多選)如圖所示，上、下表面平行的玻璃磚的厚度為L(zhǎng)，玻璃磚的折射率n＝，若光從上表面AB射入的入射角i＝60°，光在真空中的光速為c，則()

A．折射角r＝30°

B．光在玻璃中傳播的時(shí)間為L(zhǎng)

C．光在玻璃中傳播的時(shí)間為

D．改變?nèi)肷浣莍，光在下表面CD可能發(fā)生全反射

答案AC

解析由n＝，sinr＝＝＝0.5，得r＝30°，故A正確；光在玻璃中傳播的速度為v＝，由幾何知識(shí)可知光在玻璃中傳播的路程為s＝，則光在玻璃中傳播的時(shí)間為t＝＝＝＝，故B錯(cuò)誤，C正確；由于光在CD面上的入射角等于光在AB面上的折射角，根據(jù)光路可逆原理知光一定能從CD面射出，故D錯(cuò)誤。

9.如圖所示，AOB為透明扇形玻璃磚，圓心角AOB＝60°，OM為AOB的角平分線，一束平行于OM的單色光在空氣中由OA邊射入玻璃磚，經(jīng)OA面折射后的光線恰好平行于OB。則下列說(shuō)法中正確的是()

A．該玻璃的折射率為2

B．經(jīng)OA面折射后的光線在AMB面都將發(fā)生全反射

C．該入射光在空氣中的波長(zhǎng)與在玻璃磚中的波長(zhǎng)相等

D．該入射光在空氣中的頻率與在玻璃磚中的頻率相等

答案D

解析畫出光路圖，并根據(jù)幾何關(guān)系標(biāo)出角度，如圖所示，則該玻璃的折射率n＝＝，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；畫出經(jīng)過(guò)OA面折射后恰好射到M點(diǎn)的折射光線，根據(jù)幾何關(guān)系可知，該折射光線在AMB面的入射角為30°，因?yàn)閟in30°＝＝＝sinC，所以該折射光線在AMB面不能發(fā)生全反射，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；入射光在空氣中的波速與在玻璃磚中的波速不同，但頻率相等，所以波長(zhǎng)不相等，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。

10．(多選)國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)的梅溪湖激光音樂(lè)噴泉采用了世界一流的噴泉、燈光和音響設(shè)備。假設(shè)噴泉的水池中某一彩燈發(fā)出的一條光線在水面的入射角為30°，從水面上射出時(shí)的折射角是45°。則下列說(shuō)法正確的是()

A．光在水面發(fā)生全反射的臨界角為45°

B．光在水面發(fā)生全反射的臨界角為60°

C．被水池中m深處的一彩燈(視為點(diǎn)光源)照亮的水面面積約為25m2

D．被水池中m深處的一彩燈(視為點(diǎn)光源)照亮的水面面積約為22m2

答案AD

解析由折射定律有n＝＝，又n＝＝，得全反射臨界角C＝45°，故A正確，B錯(cuò)誤；作出光路圖(圖略)，由幾何關(guān)系有R＝htanC，又S＝πR2，解得S≈22m2，故C錯(cuò)誤，D正確。

二、真題與模擬

11．20xx·四川高考]某同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定半圓形玻璃磚的折射率n。如圖甲所示，O是圓心，MN是法線，AO、BO分別表示某次測(cè)量時(shí)光線在空氣和玻璃磚中的傳播路徑。該同學(xué)測(cè)得多組入射角i和折射角r，作出sinisinr圖象如圖乙所示，則()

A．光由A經(jīng)O到B，n＝1.5

B．光由B經(jīng)O到A，n＝1.5

C．光由A經(jīng)O到B，n＝0.67

D．光由B經(jīng)O到A，n＝0.67

答案B

解析由sinisinr圖象可知，同一光線sinrsini，即ri，故r為光線在空氣中傳播時(shí)光線與法線的夾角，則BO為入射光線，OA為折射光線，即光線由B經(jīng)O到A，折射率n＝＝＝1.5，故選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤。

12．20xx·全國(guó)卷](多選)如圖，一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚，在玻璃磚底面上的入射角為θ，經(jīng)折射后射出a、b兩束光線。則()

A．在玻璃中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度

B．在真空中，a光的波長(zhǎng)小于b光的波長(zhǎng)

C．玻璃磚對(duì)a光的折射率小于對(duì)b光的折射率

D．若改變光束的入射方向使θ角逐漸變大，則折射光線a首先消失

E．分別用a、b光在同一個(gè)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置上做實(shí)驗(yàn)，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距

答案ABD

解析由題圖知，從玻璃磚射出時(shí)，入射角相同，a光的折射角大于b光的折射角，玻璃磚對(duì)a光的折射率大于對(duì)b光的折射率，a光在玻璃中的傳播速度比b光的小，a光的頻率比b光的大，在真空中，a光的波長(zhǎng)較短，a光形成的干涉條紋間距較小，選項(xiàng)A、B正確，C、E錯(cuò)誤；a光的全反射臨界角較小，當(dāng)入射角θ增大時(shí)，a光先發(fā)生全反射，折射光線先消失，選項(xiàng)D正確。

13．20xx·四川高考]直線P1P2過(guò)均勻玻璃球球心O，細(xì)光束a、b平行且關(guān)于P1P2對(duì)稱，由空氣射入玻璃球的光路如圖。a、b光相比()

A．玻璃對(duì)a光的折射率較大

B．玻璃對(duì)a光的臨界角較小

C．b光在玻璃中的傳播速度較小

D．b光在玻璃中的傳播時(shí)間較短

答案C

解析由題圖可知na＜nb，故A錯(cuò)誤；由sinC＝知Ca＞Cb，故B錯(cuò)誤；由n＝知va＞vb，故C正確；a光在玻璃中的傳播距離比b光小，由t＝知ta＜tb，D錯(cuò)誤。

14.20xx·安徽高考]如圖所示，一束單色光從空氣入射到棱鏡的AB面上，經(jīng)AB和AC兩個(gè)面折射后從AC面進(jìn)入空氣。當(dāng)出射角i′和入射角i相等時(shí)，出射光線相對(duì)于入射光線偏轉(zhuǎn)的角度為θ。已知棱鏡頂角為α，則計(jì)算棱鏡對(duì)該色光的折射率表達(dá)式為()

A.B.

C.D.

答案A

解析設(shè)光線在AB面上的折射角為r，由幾何關(guān)系有θ＝2(i－r)，α＝2r，從而求出i＝，r＝，由折射定律n＝＝。只有選項(xiàng)A正確。

15．20xx·重慶高考]虹和霓是太陽(yáng)光在水球內(nèi)分別經(jīng)過(guò)一次和兩次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球來(lái)說(shuō)明。兩束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上會(huì)形成MN和PQ兩條彩色光帶，光路如圖所示，M、N、P、Q點(diǎn)的顏色分別為()

A．紫、紅、紅、紫B．紅、紫、紅、紫

C．紅、紫、紫、紅D．紫、紅、紫、紅

答案A

解析對(duì)同一個(gè)介質(zhì)來(lái)說(shuō)，紅光折射率最小，偏折程度最小，由圖可知，N、P為紅色，M、Q為紫色，A正確。

16.20xx·重慶高考]打磨某剖面如圖所示的寶石時(shí)，必須將OP、OQ邊與軸線的夾角θ切磨在θ1θθ2的范圍內(nèi)，才能使從MN邊垂直入射的光線，在OP邊和OQ邊都發(fā)生全反射(僅考慮如圖所示的光線第一次射到OP邊并反射到OQ邊后射向MN邊的情況)，則下列判斷正確的是()

A．若θθ2，光線一定在OP邊發(fā)生全反射

B．若θθ2，光線會(huì)從OQ邊射出

C．若θθ1，光線會(huì)從OP邊射出

D．若θθ1，光線會(huì)在OP邊發(fā)生全反射

答案D

解析光線發(fā)生全反射的條件是光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，入射角i大于臨界角C。光線從圖示位置入射，到達(dá)OP邊時(shí)入射角i1＝－θ，θ越小，i1越大，發(fā)生全反射的可能性越大，根據(jù)題意，要在OP邊上發(fā)生全反射，應(yīng)滿足θθ2，A、B錯(cuò)誤。若光線在OP上發(fā)生全反射后到達(dá)OQ邊，入射角i2＝3θ－，θ越大，i2越大，發(fā)生全反射的可能性越大，根據(jù)題意，要在OQ邊上發(fā)生全反射，應(yīng)滿足θθ1，C錯(cuò)誤，D正確。

17.20xx·四川高考]如圖所示，口徑較大、充滿水的薄壁圓柱形淺玻璃缸底有一發(fā)光小球。則()

A．小球必須位于缸底中心才能從側(cè)面看到小球

B．小球所發(fā)的光能從水面任何區(qū)域射出

C．小球所發(fā)的光從水中進(jìn)入空氣后頻率變大

D．小球所發(fā)的光從水中進(jìn)入空氣后傳播速度變大

答案D

解析小球在缸底的其他位置也能從側(cè)面看到，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；光線由水射向空氣時(shí)，有可能發(fā)生全反射，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；光在不同介質(zhì)中的頻率是不變的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由v＝可知，光在水中的速度小于在空氣中的速度，選項(xiàng)D正確。

18．20xx·南充模擬]如圖所示，MN是空氣與某種液體的分界面，一束紅光由空氣射到分界面，一部分光被反射，一部分光進(jìn)入液體中，當(dāng)入射角是45°時(shí)，折射角為30°。以下說(shuō)法正確的是()

A．反射光線與折射光線的夾角為120°

B．該液體對(duì)紅光的折射率為

C．該液體對(duì)紅光的全反射臨界角為45°

D．當(dāng)紫光以同樣的入射角從空氣射到分界面，折射角也是30°

答案C

解析根據(jù)反射定律得到反射角為45°，由幾何知識(shí)得，反射光線與折射光線的夾角是105°，故A錯(cuò)誤。由折射率公式n＝，得n＝＝，故B錯(cuò)誤。由臨界角公式sinC＝，得sinC＝，則C＝45°，故C正確。根據(jù)折射定律得知，紫光的折射率大于紅光的折射率，則紫光以同樣的入射角從空氣射到分界面，折射角小于30°。故D錯(cuò)誤。

19．20xx·四川聯(lián)考]如圖所示是一個(gè)透明圓柱體的橫截面，一束單色光平行于直徑AB射向圓柱體，光線經(jīng)過(guò)折射后恰能射到B點(diǎn)。已知入射光線到直徑AB的距離為R，R是圓柱體的半徑。已知光在真空中的傳播速度為c，則()

A．該透明圓柱體介質(zhì)的折射率為

B．該單色光從C點(diǎn)傳播到B點(diǎn)的時(shí)間為3R/c

C．折射光線過(guò)B點(diǎn)時(shí)可能發(fā)生全反射

D．改變?nèi)肷涔饩€到直徑AB的距離，折射光線仍然能夠射到B點(diǎn)

答案B

解析如圖所示cosθ1＝＝，即θ1＝30°，分析可得：θ2＝30°，r＝30°，i＝60°，折射率n＝＝，故A錯(cuò)誤；該單色光從C到B的時(shí)間t＝＝＝，故B正確；光線折射到B點(diǎn)不可能發(fā)生全反射，因?yàn)槌錾浣菫?0°，故C錯(cuò)誤；改變光線到直徑AB的距離，折射光線不能射到B點(diǎn)，故D錯(cuò)誤。

20.20xx·樂(lè)山二模]如圖所示，一光束包含兩種不同頻率的單色光，從空氣射向兩面平行玻璃磚的上表面，玻璃磚下表面有反射層，光束經(jīng)兩次折射和一次反射后，從玻璃磚上表面分為a、b兩束單色光射出。下列說(shuō)法正確的是()

A．a(chǎn)光的頻率小于b光的頻率

B．光束a在空氣中的波長(zhǎng)較大

C．出射光束a、b一定相互平行

D．a(chǎn)、b兩色光從同種玻璃射向空氣時(shí)，a光發(fā)生全反射的臨界角大

答案C

解析作出光路圖如圖所示，可知光從空氣射入玻璃時(shí)a光的偏折程度較大，則a光的折射率較大，頻率較大，故A錯(cuò)誤。a光的頻率較大，則波長(zhǎng)較小，故B錯(cuò)誤。因?yàn)閍、b兩光在上表面的折射角與反射后在上表面的入射角分別相等，根據(jù)幾何知識(shí)可知出射光束一定相互平行，故C正確。因?yàn)閍光的折射率較大，由臨界角公式sinC＝，則知a光的臨界角小，故D錯(cuò)誤。

一、基礎(chǔ)與經(jīng)典

21．如圖所示，一束激光垂直于AC面照射到等邊玻璃三棱鏡的AB面上。已知AB面的反射光線與折射光線的夾角為90°。光在真空中的傳播速度為c。求：

(1)玻璃的折射率；

(2)激光在玻璃中傳播的速度。

答案(1)(2)

解析(1)如圖所示，由幾何關(guān)系知：

光在AB界面的入射角θ1＝60°，折射角θ2＝30°，則n＝＝。

(2)由n＝得v＝＝。

22.如圖所示，一束截面為圓形(半徑為R)的平行復(fù)色光垂直射向一玻璃半球的平面，經(jīng)折射后在屏幕S上形成一個(gè)圓形彩色亮區(qū)。已知玻璃半球的半徑為R，屏幕S至球心的距離為D(D3R)，不考慮光的干涉和衍射，試問(wèn)：

(1)在屏幕S上形成的圓形亮區(qū)的最外側(cè)是什么顏色？

(2)若玻璃半球?qū)?1)中色光的折射率為n，請(qǐng)你求出圓形亮區(qū)的最大半徑。

答案(1)紫色(2)r＝D－nR

解析(1)當(dāng)平行光從玻璃中射向空氣時(shí)，由于紫光的折射率最大，則臨界角最小，所以首先發(fā)生全反射，因此出射光線與屏幕的交點(diǎn)最遠(yuǎn)，故圓形亮區(qū)的最外側(cè)是紫色。

(2)如圖所示，紫光剛要發(fā)生全反射時(shí)的臨界光線射在屏幕S上的F點(diǎn)到亮區(qū)中心E的距離r就是所求最大半徑。設(shè)紫光的臨界角為C，由全反射的知識(shí)：sinC＝。

所以cosC＝，tanC＝，OB＝＝，r＝＝D－nR。

二、真題與模擬

23．20xx·全國(guó)卷]如圖所示，在注滿水的游泳池的池底有一點(diǎn)光源A，它到池邊的水平距離為3.0m。從點(diǎn)光源A射向池邊的光線AB與豎直方向的夾角恰好等于全反射的臨界角，水的折射率為。

(1)求池內(nèi)的水深；

(2)一救生員坐在離池邊不遠(yuǎn)處的高凳上，他的眼睛到池面的高度為2.0m。當(dāng)他看到正前下方的點(diǎn)光源A時(shí)，他的眼睛所接受的光線與豎直方向的夾角恰好為45°。求救生員的眼睛到池邊的水平距離(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)。

答案(1)2.6m(2)0.7m

解析(1)如圖，設(shè)到達(dá)池邊的光線的入射角為i。依題意，水的折射率n＝，光線的折射角θ＝90°。

由折射定律有n＝

由幾何關(guān)系有sini＝

式中，l＝3m，h是池內(nèi)水的深度。聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得h＝m≈2.6m

(2)設(shè)此時(shí)救生員的眼睛到池邊的水平距離為x。依題意，救生員的視線與豎直方向的夾角為θ′＝45°。由折射定律有

n＝

式中，i′是光線在水面的入射角。設(shè)池底點(diǎn)光源A到水面入射點(diǎn)的水平距離為a。由幾何關(guān)系有

sini′＝

x＋l＝a＋h′

式中h′＝2m。聯(lián)立式得

x＝m≈0.7m。

24.20xx·全國(guó)卷]如圖，玻璃球冠的折射率為，其底面鍍銀，底面的半徑是球半徑的倍；在過(guò)球心O且垂直于底面的平面(紙面)內(nèi)，有一與底面垂直的光線射到玻璃球冠上的M點(diǎn)，該光線的延長(zhǎng)線恰好過(guò)底面邊緣上的A點(diǎn)。求該光線從球面射出的方向相對(duì)于其初始入射方向的偏角。

答案150°

解析設(shè)球半徑為R，球冠底面中心為O′，連接OO′，則OO′AB。

令OAO′＝α，有cosα＝＝＝

即α＝30°

由題意MAAB

所以O(shè)AM＝60°

設(shè)圖中N點(diǎn)為光線在球冠內(nèi)底面上的反射點(diǎn)，則光線的光路圖如圖所示。設(shè)光線在M點(diǎn)的入射角為i，折射角為r，在N點(diǎn)的入射角為i′，反射角為i″，玻璃折射率為n。由于OAM為等邊三角形，有i＝60°

由折射定律有n＝

代入題給條件n＝得r＝30°

作底面在N點(diǎn)的法線NE，由于NEAM，有i′＝30°

根據(jù)反射定律，有i″＝30°

連接ON，由幾何關(guān)系知MAN≌△MON，故有MNO＝60°

由式得ENO＝30°

于是ENO為反射角，NO為反射光線。這一反射光線經(jīng)球面再次折射后不改變方向。所以，經(jīng)一次反射后射出玻璃球冠的光線相對(duì)于入射光線的偏角為β＝180°－ENO＝150°。

25．20xx·山東高考]半徑為R、介質(zhì)折射率為n的透明圓柱體，過(guò)其軸線OO′的截面如圖所示。位于截面所在平面內(nèi)的一細(xì)束光線，以角i0由O點(diǎn)入射，折射光線由上邊界的A點(diǎn)射出。當(dāng)光線在O點(diǎn)的入射角減小至某一值時(shí)，折射光線在上邊界的B點(diǎn)恰好發(fā)生全反射。求A、B兩點(diǎn)間的距離。

答案R

解析當(dāng)光線在O點(diǎn)的入射角為i0時(shí)，設(shè)折射角為r0，由折射定律得n＝

設(shè)A點(diǎn)與左端面的距離為dA，由幾何關(guān)系得sinr0＝

若折射光線恰好發(fā)生全反射，則在B點(diǎn)的入射角恰好為臨界角C，設(shè)B點(diǎn)與左端面的距離為dB，由折射定律得

sinC＝

由幾何關(guān)系得sinC＝

設(shè)A、B兩點(diǎn)間的距離為d，可得d＝dB－dA

聯(lián)立式得d＝R。

26.20xx·全國(guó)卷]一個(gè)半圓柱形玻璃磚，其橫截面是半徑為R的半圓，AB為半圓的直徑，O為圓心，如圖所示。玻璃的折射率為n＝。

(1)一束平行光垂直射向玻璃磚的下表面，若光線到達(dá)上表面后，都能從該表面射出，則入射光束在AB上的最大寬度為多少？

(2)一細(xì)束光線在O點(diǎn)左側(cè)與O相距R處垂直于AB從下方入射，求此光線從玻璃磚射出點(diǎn)的位置。

答案(1)R(2)見解析

解析(1)在O點(diǎn)左側(cè)，設(shè)從E點(diǎn)射入的光線進(jìn)入玻璃磚后在上表面的入射角恰好等于全反射的臨界角θ，則OE區(qū)域的入射光線經(jīng)上表面折射后都能從玻璃磚射出，如圖。由全反射條件有sinθ＝

由幾何關(guān)系有OE＝Rsinθ

由對(duì)稱性可知，若光線都能從上表面射出，光束的寬度最大為：l＝2OE

聯(lián)立式，代入已知數(shù)據(jù)得l＝R

(2)設(shè)光線在距O點(diǎn)R的C點(diǎn)射入后，在上表面的入射角為α，由幾何關(guān)系及式和已知條件得：

α＝60°＞θ

光線在玻璃磚內(nèi)會(huì)發(fā)生三次全反射，最后由G點(diǎn)射出，如圖。由反射定律和幾何關(guān)系得：

OG＝OC＝R

射到G點(diǎn)的光有一部分被反射，沿原路返回到達(dá)C點(diǎn)射出。

《全反射》教案設(shè)計(jì)

《全反射》教案設(shè)計(jì)

一、教學(xué)目標(biāo)
1、知識(shí)與技能
掌握臨界角的概念和發(fā)生全反射的條件；知道什么是光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)；能判斷什么情況下會(huì)發(fā)生全反射，了解全反射現(xiàn)象的應(yīng)用。
2、過(guò)程與方法
通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)探究科學(xué)的方法——比較法；通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和動(dòng)手操作，經(jīng)歷科學(xué)探究的過(guò)程。
3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀
體驗(yàn)全反射實(shí)驗(yàn)的探究過(guò)程，感受實(shí)驗(yàn)探究的樂(lè)趣；通過(guò)全反射現(xiàn)象的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)理論觀察分析周圍事物的習(xí)慣。
二、重點(diǎn)和難點(diǎn)
重點(diǎn)是全反射現(xiàn)象；難點(diǎn)是臨界角概念和全反射條件。
三、教學(xué)方法：實(shí)驗(yàn)探究法
四、設(shè)計(jì)思路：本節(jié)課以實(shí)驗(yàn)為主線，通過(guò)一個(gè)帶有魔術(shù)色彩的演示實(shí)驗(yàn)引入課題，再通過(guò)兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)的對(duì)比，讓學(xué)生觀察、分析，揭示全反射的現(xiàn)象與產(chǎn)生條件，另外增加學(xué)生探究性實(shí)驗(yàn)，通過(guò)學(xué)生間的討論、設(shè)計(jì)、動(dòng)手及合作，使學(xué)生對(duì)全反射概念的理解更加準(zhǔn)確、豐富和全面。最后通過(guò)全反射的應(yīng)用介紹，開拓學(xué)生的視野。
五、主要教學(xué)過(guò)程
1、引入新課
演示一：用細(xì)鐵絲穿過(guò)單擺小金屬球，使其一端伸出作為把手，然后捏住把手，用蠟燭火焰的內(nèi)焰將金屬球熏黑，讓學(xué)生觀察。然后將熏黑的鐵球浸沒(méi)在盛有清水的燒杯中，現(xiàn)象發(fā)生了，放在水中的鐵球變亮了。好奇的學(xué)生誤認(rèn)為是水泡掉了鐵球上黑色物，當(dāng)老師從水中取出時(shí)，發(fā)現(xiàn)熏黑的鐵球依然如故，將其再放入水中時(shí)，出現(xiàn)的現(xiàn)象和剛才一樣，學(xué)生大惑不解，讓學(xué)生帶著這個(gè)疑問(wèn)開始學(xué)習(xí)新的知識(shí)——全反射。
2、新課教學(xué)
2.1實(shí)驗(yàn)探究
演示二：實(shí)驗(yàn)1：一束激光從空氣射向半圓形玻璃磚的半圓面(如圖1)。
實(shí)驗(yàn)2：一束激光從空氣射向半圓形玻璃磚直邊的圓心O（如圖2）。
圖1圖2
教師演示兩遍實(shí)驗(yàn)后，讓學(xué)生分組討論后回答。
實(shí)驗(yàn)1現(xiàn)象：①當(dāng)光沿著玻璃磚的半徑射到直邊上時(shí)，一部分光從玻璃磚的直邊上折射到空氣中，一部分光反射回玻璃磚內(nèi)。
②逐漸增大入射角，看到折射光遠(yuǎn)離法線，且越來(lái)越弱，反射光越來(lái)越強(qiáng)。
③當(dāng)入射角增大到某一角度，使折射角達(dá)到900時(shí)，折射光完全消失，只剩下反射光。
實(shí)驗(yàn)2現(xiàn)象：①當(dāng)光沿著空氣射向玻璃磚的直邊的圓心O時(shí)，一部分光從玻璃磚的直邊上折射到玻璃磚內(nèi)，一部分光反射回空氣中。
②逐漸增大入射角，看到折射光遠(yuǎn)離法線，且越來(lái)越弱，反射光越來(lái)越強(qiáng)。
③當(dāng)入射角增大到接近900時(shí)，折射角小于900。
學(xué)生歸納不同點(diǎn)：①光從空氣→玻璃，入射角＞折射角；光從玻璃→空氣，入射角＜折射角；②光從空氣→玻璃，同時(shí)存在反射光和折射光；光從玻璃→空氣，當(dāng)入射角達(dá)到某個(gè)角度時(shí)折射角達(dá)到900，折射光完全消失。
師：我們考慮直邊分界面上光的傳播規(guī)律，從中可以得出什么結(jié)論？
（一）什么是全反射現(xiàn)象？
引導(dǎo)學(xué)生回答：①光從玻璃射入空氣時(shí)，當(dāng)入射角大于或等于某一個(gè)角度時(shí)，折射角達(dá)到900，折射光完全消失，只剩下反射光的現(xiàn)象。②臨界角：光從玻璃射向空氣時(shí)，當(dāng)折射角達(dá)到900時(shí)的入射角。
（二）產(chǎn)生全反射現(xiàn)象的條件是什么？
引導(dǎo)學(xué)生回答：①光從玻璃→空氣；②入射角≥臨界角。
師：在實(shí)驗(yàn)2中，光從空氣射向玻璃，雖然入射角增大，反射角和折射角都增大，反射光增強(qiáng)，折射光減弱，但只有量變過(guò)程并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)質(zhì)變。而在實(shí)驗(yàn)1中，光從玻璃射向空氣，隨著入射角增大，反射角和折射角增大，反射光增強(qiáng)，折射光減弱，這是一個(gè)量變過(guò)程；當(dāng)入射角達(dá)到臨界角時(shí)，就發(fā)生了質(zhì)變，折射光完全消失，出現(xiàn)了全反射現(xiàn)象。
2.2引思：兩個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不同的原因是什么？
生：實(shí)驗(yàn)1是光從玻璃射入空氣，實(shí)驗(yàn)2是光從空氣射入玻璃。
師：兩種介質(zhì)有什么不同？
生：空氣相對(duì)玻璃的折射率小，玻璃相對(duì)空氣的折射率大。
師：把折射率大的介質(zhì)叫做光密介質(zhì)，把折射率小的介質(zhì)叫做光疏介質(zhì)，“疏”和“密”是相對(duì)的。例如：水、空氣和玻璃三種物質(zhì)相比較，水對(duì)空氣來(lái)說(shuō)是光密介質(zhì)，而水對(duì)玻璃來(lái)說(shuō)是光疏介質(zhì)，根據(jù)折射定律可知，光線由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(shí)，折射角小于入射角；光線由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，折射角大于入射角。
2.3推廣：是不是只有光從玻璃射入空氣才會(huì)產(chǎn)生全反射現(xiàn)象？
把學(xué)生分成八組，分別采用不同的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探索。教師統(tǒng)觀進(jìn)程，充分尊重學(xué)生的主體性，適當(dāng)時(shí)以合作者的身份參與部分小組活動(dòng)。
方案1：器材：裝有水（含稀釋的牛奶）的大燒杯，激光器，蚊香，打火機(jī)。
探究過(guò)程：激光從介質(zhì)1（空氣）射向介質(zhì)2（水）中，增大入射角，觀察反射光和折射光；激光（用保鮮膜將小激光燈密封好，并用橡皮筋扎牢，以便于小激光燈能在水槽中做實(shí)驗(yàn)）從介質(zhì)2射向介質(zhì)1，增大入射角，觀察反射光和折射光。
方案2:與方案1類同，將燒杯中的介質(zhì)2改為氯化鈉溶液。
方案3:與方案1類同，將燒杯一半放色拉油，另一半放水（含稀釋的牛奶），用塑料薄膜隔開。
方案4:器材：裝有汽油的圓形水槽，圓形的白紙，激光器。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：激光從水槽底部以不同的入射角從汽油射向空氣（在液面的上面浮著一張白紙），會(huì)從白紙上發(fā)現(xiàn)亮斑在一定的圓形范圍內(nèi)出現(xiàn)。
各組學(xué)生回答現(xiàn)象并歸納產(chǎn)生全反射現(xiàn)象的條件。
2.4結(jié)論
全反射：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，當(dāng)入射角增大到某一角度，光線全部被反射回
原光密介質(zhì)的現(xiàn)象。
臨界角：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，折射角等于900時(shí)的入射角，用C表示。
產(chǎn)生全反射的條件：（1）光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。（2）入射角等于或大于臨界角。
臨界角的計(jì)算：
2.5應(yīng)用
①引課實(shí)驗(yàn)的解釋：被蠟燭熏黑的鐵球表面附著一層未燃燒完全的碳蠟混和物，對(duì)水來(lái)說(shuō)是不浸潤(rùn)的，當(dāng)球從空氣進(jìn)入水中時(shí)，其外表面上會(huì)形成一層很薄的空氣膜，光線透過(guò)水照射到水和空氣界面上時(shí)，會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。
②自行車尾燈：用燈光來(lái)照射尾燈時(shí)，尾燈很亮，也是利用全反射現(xiàn)象制成的儀器。讓學(xué)生觀察自行車尾燈內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，回想在夜間看到的現(xiàn)象。引導(dǎo)學(xué)生注意生活中的物理現(xiàn)象，用科學(xué)知識(shí)來(lái)解釋它，從而更好的利用它們?yōu)槿祟惙?wù)。
③光導(dǎo)纖維：用激光照射彎曲的細(xì)玻璃棒進(jìn)行演示?？吹搅藦澢牟ＡО裟軌騻鞴狻＿@是因?yàn)閺牟ＡО舻囊欢松溥M(jìn)棒內(nèi)的光線，在棒的內(nèi)壁多次發(fā)生全反射，沿著鋸齒形路線由棒的另一端傳了出來(lái)，用光導(dǎo)纖維實(shí)現(xiàn)光纖通信，原理也是這樣。教師介紹光導(dǎo)纖維的相關(guān)知識(shí)。
④讓學(xué)生閱讀課本P15蒙氣差和海市蜃樓。
六、課堂小結(jié)（略）
七、練習(xí)（略）
八、布置作業(yè)：查找“海市蜃樓”現(xiàn)象、“光纖通訊”技術(shù)等。
九、教學(xué)反思
本節(jié)課按照學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律進(jìn)行教學(xué)，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比反映出全反射現(xiàn)象及其條件，然后讓學(xué)生進(jìn)行自主的探究活動(dòng)，通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、交流成果等活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、交流協(xié)作的能力，使學(xué)生體驗(yàn)到學(xué)科學(xué)的樂(lè)趣，體會(huì)到探索自然規(guī)律的過(guò)程：提出假設(shè)――實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證――得出結(jié)論――再提出假設(shè)。注重科學(xué)探究，提倡學(xué)習(xí)方式多樣化；突出從生活走向物理，從物理走向社會(huì)。眾多生活事例，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
十、板書設(shè)計(jì)