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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,如果滿足一定的條件,折射光線就會(huì)消失,入射光全部被反射回來,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)滿足sinC=.
【例1】一束光線由水中射向空氣,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€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、反射光線、折射光線的方向變化及光線的亮度(能量)變化規(guī)律:入射角增大時(shí),折射角增大,同時(shí),折射光線的強(qiáng)度減弱(能量減小),而反射光線的強(qiáng)度增強(qiáng)(能量增大);當(dāng)入射角等于或大于臨界角時(shí),折射光線的能量減弱到零,折射光線不再存在,反射光線和入射光線強(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、折射光線的強(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,均由空氣射入到玻璃磚,到達(dá)玻璃磚的圓心位置.下列說法正確的是( )
圖4-2-1
A.三條光線中有一條在O點(diǎn)發(fā)生了全反射,那一定是aO光線
B.假若光線bO能發(fā)生全反射,那么光線cO一定能發(fā)生全反射
C.假若光線bO能發(fā)生全反射,那么光線aO一定能發(fā)生全反射
D.假若光線aO恰能發(fā)生全反射,則光線bO的反射光線比光線cO的反射光線的亮度大
解析:三條入
5、射光線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aO的入射角最大,光線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.如果只有一條光線發(fā)生了全反射,那一定是aO光線,因?yàn)樗娜肷浣亲畲?所以選項(xiàng)A對(duì).
假若光線bO能發(fā)生全反射,說明它的入射角等于或大于臨界角,光線aO的入射角更大,所以,光線aO一定能發(fā)生全反射,光線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aO恰能發(fā)生全反射,光線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bO
6、的反射光線較光線cO的反射光線強(qiáng),即bO的反射光線亮度較大.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?,所以水?duì)酒精來說是光疏介質(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)酒精來說是光疏介質(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,這條光線離開棱鏡時(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)滿足sinC=,所以C=45.作光路圖如圖所示.因光線從空氣中射到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面上既有反射光線又有折射光線.由n=得sinr=,r=45,所以該折射光線與棱鏡AC面夾角為45;又因從AC面反射的光線第二次射到AB面上時(shí),由幾何關(guān)系知其入射角為0,所以從AB面上折射出的光線與AB界面夾角為90.
答案:BD
6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375