2018-2019学年高二物理新人教版选修3-4课件：第十三章 光 第2节

2 全反射,读一读,辨一辨,一、全反射 阅读教材第4850页,通过学习,认识光疏介质、光密介质和光的全反射现象,理解产生全反射的条件。 1.什么是光密介质和光疏介质? 答案：两种介质相比,折射率较大的叫光密介质,折射率较小的叫光疏介质。 2.全反射的概念是什么? 答案：当光从光密介质射入光疏介质时,同时发生折射和反射。如果入射角逐渐增大,折射光离法线会越来越远,而且越来越弱,反射光却越来越强。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。 3.发生全反射的必要条件是什么? 答案：(1)光由光密介质射入光疏介质;(2)入射角等于或大于临界角。,读一读,辨一辨,二、全反射棱镜和光导纤维 阅读教材第5052页,学习并了解全反射棱镜及其应用,初步了解光导纤维的工作原理。 1.全反射棱镜的概念是什么? 答案：截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜,当光线垂直任意一个表面射入时,在棱镜内部都能发生全反射,所以这样的棱镜叫全反射棱镜。 2.光导纤维的工作原理是什么? 答案：光在玻璃纤维内发生全反射,光沿锯齿路线传播。 3.光导纤维的构造是什么? 答案：光导纤维是非常细的特制玻璃纤维,由内芯和外套两层组成。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。,读一读,辨一辨,1.思考辨析。 (1)炎热夏天的柏油路面显得格外明亮光滑,是因为发生了全反射。 ( ) 解析：路面气温高,接近路面的空气被加热,对光的折射率减小,空气的折射率上层比下层大,太阳光照下来,相当于从光密介质射向光疏介质,从而发生了全反射。 答案： (2)密度大的介质就是光密介质,密度小的介质就是光疏介质。 ( ) 解析：光密与光疏是从介质的光学特征上来讲的,与密度大小无关。不能将光密与光疏跟介质密度的大小混同起来。 答案：×,读一读,辨一辨,2.探究讨论。 (1)二硫化碳(n=1.63)一定是光密介质,而水(n=1.33)一定是光疏介质,这种说法对吗?为什么? 答案：不对。二硫化碳的折射率尽管很大,但相对金刚石(n=2.42)仍是光疏介质;水的折射率尽管很小,但相对空气(n1)仍是光密介质。 (2)全反射棱镜的横截面是什么形状? 答案：等腰直角三角形。 (3)介质临界角的大小反映介质的哪方面性质? 答案：介质临界角的大小反映介质对光线的折射本领。临界角越大,介质对光线的折射作用越弱,越不容易发生全反射;反之,临界角越小,介质对光线的折射作用越强,越容易发生全反射。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,对全反射的理解 夏季的早晨,从某一方向看植物叶子上的露珠会格外明亮,玻璃中的气泡从侧面看也是特别明亮,这是什么道理呢? 要点提示：光照射露珠或经玻璃照射气泡时,一部分光会发生全反射,有更多的光反射到人的眼睛中,人就会感觉特别明亮。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,1.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: (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,并不是它的密度大小。例如,酒精的密度比水小,但酒精和水相比,酒精是光密介质。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,2.全反射现象 (1)全反射的条件: 光由光密介质射向光疏介质。 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,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。同时折射光线强度减弱,即折射光线能量减小,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,反射光的能量等于入射光的能量。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,3.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,越易发生全反射。 临界角的大小由光密介质和光疏介质的折射率及光的频率共同决定。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,【例题1】如图所示,某种透明物质制成的直角三棱镜ABC,A等于30°,一束光线在纸面内垂直AB边射入棱镜。如图所示,发现光线刚好不能从BC面射出,而是最后从AC面射出。求: (1)透明物质的折射率n。 (2)光线从AC面射出时的折射角的正弦值。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,解析：(1)由题意可知,光线从AB边垂直射入,恰好在BC面发生全反射,光线最后从AC面射出,光路图如图。 设该透明物质的临界角为C,由几何关系可知,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,变式训练1一束光以45°的入射角从AB面射入如图所示的透明三棱镜中,棱镜折射率n= 。试求进入AB面的折射角,并在图中画出该光束在棱镜中的光路。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,答案：30° 光路图见解析 归纳总结分析光的全反射问题的关键 根据临界条件画出恰好发生全反射的光路图,再利用几何知识分析边角关系,结合sin C= 求解。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,全反射的应用 如图所示,自行车后面有尾灯,它虽然本身不发光,但在夜间行驶时,从后面开来的汽车发出的强光照在尾灯上,会有较强的光被反射回去,使汽车司机注意到前面有自行车。那么自行车的尾灯利用了什么原理? 要点提示：利用了全反射的原理。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,1.光导纤维的构造及传播原理 光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝,直径只有1100 m。如图所示,它是由内芯和外套两层组成,内芯的折射率大于外套的折射率,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输光,光信号又可以转换成电信号,进而变为声音、图像。如果把许多(上万根)光导纤维合成一束,并使两端的纤维按严格相同的次序排列,就可以传输图像。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,2.全反射棱镜 全反射棱镜是利用全反射改变光路以便于观察。 在图甲中的等腰直角三角形ABC表示一个全反射棱镜的横截面,它的两直角边AB和BC表示棱镜上两个互相垂直的侧面。如果光线垂直地射到AB面上,光在棱镜内会沿原来的方向射到AC面上。由于入射角(45°)大于光从玻璃射入空气的临界角(42°),光会在AC面上发生全反射,沿着垂直于BC的方向从棱镜射出(图甲)。如果光垂直地射到AC面上(图乙),沿原方向射入棱镜后,在AB、BC两面上都会发生全反射,最后沿着与入射时相反的方向从AC面上射出。在光学仪器里,常用全反射棱镜来代替平面镜,改变光的传播方向。图丙是全反射棱镜应用在潜望镜里的光路图。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,当且仅当光从光密介质射向光疏介质时才可能发生全反射现象。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,【例题2】如图所示,AB为一直光导纤维,AB之间距离为s,使一光脉冲信号从光导纤维中间入射,射入后在光导纤维内芯与外套的界面上恰好发生全反射,由A点传输到B点所用时间为t,求光导纤维所用材料的折射率n。 【思考问题】 如何求临界角? 提示：由几何关系知入射角等于临界角。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,解析：光信号由A点进入光导纤维后,沿AO方向照射到O点,此时入射角恰好等于临界角。由几何关系可得光在光导纤维中传播的距离l= 。,归纳总结光导纤维 光导纤维是全反射现象的应用,其构造由内芯和外套组成,内芯的折射率大于外套。与此题相关的一类求极值的问题,极值存在的条件均与全反射临界角有关。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,变式训练2导学号73884097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,其框外光线如图甲所示。方框内有两个折射率n=1.5的玻璃全反射棱镜。图乙给出了两棱镜四种放置方式的示意图,其中能产生图甲效果的是( ),探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,解析：四个选项产生光路效果如图所示。 则可知选项B正确。 答案：B,1 2 3 4,1.(考查全反射产生的条件)已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为1.33、1.55、1.60和1.63,如果光按下面几种方式传播,可能发生全折射的是( ) A.从水晶射入玻璃 B.从水射入二硫化碳 C.从玻璃射入水中 D.从水射入水晶 解析：折射率相对较小的介质是光疏介质,折射率相对较大的介质是光密介质,发生全反射的条件之一是光由光密介质射向光疏介质,由此可知选项C正确。 答案：C,1 2 3 4,2.(考查光纤的知识)关于光纤的,下列说法正确的是( ) A.光纤是由高级金属制成的,所以它比普通电线容量大 B.光纤是非常细的特制玻璃丝,但导电性能特别好,所以它比普通电线衰减小 C.光纤是非常细的特制玻璃丝,由内芯和外套两层组成,光纤是利用全反射原理来实现光的传导的 D.在实际应用中,光纤必须呈笔直状态,因为弯曲的光纤是不能传导光的 解析：光导纤维的作用是传导光,它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝,且由内芯和外套两层组成,内芯的折射率比外套的大。载有声音、图像及各种数字信号的激光传播时,在内芯和外套的界面上发生全反射,光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强等特点。在实际应用中,光纤是可以弯曲的,选项C正确。 答案：C,1 2 3 4,3.(考查全反射的知识)某种介质对空气的折射率是 ,一束光从该介质射向空气,入射角是60°,则下列光路图正确的是(图中为空气,为介质)( ) 解析：由题意知,光由光密介质射向光疏介质,由sin C= ,得C=45°60°,故在两介质的界面上会发生全反射,只有反射光线,没有折射光线,故选项D正确。 答案：D,1 2 3 4,4.导学号73884098(考查全反射的相关现象)如图所示,一束光从空气中射向折射率n= 的某种玻璃的表面,1表示入射角,则下列说法正确的是( ) A.当145°时会发生全反射现象 B.无论入射角是多大,折射角2都不会超过45° C.欲使折射角2=30°,应以1=45°的角度入射 D.当入射角满足tan 1= 时,反射光跟折射光恰好垂直,1 2 3 4,答案：BCD,