高中物理 第13章 光 2 全反射課件 新人教版選修3-4.ppt

2 全反射,填一填,練一練,1.光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)(見課本第48頁),填一填,練一練,2.全反射及其產(chǎn)生條件(見課本第49頁) (1)全反射及臨界角的概念: 全反射:當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí),同時(shí)發(fā)生折射和反射。當(dāng)入射角增大到某一角度,使折射角達(dá)到90°時(shí),折射光完全消失,只剩下反射光的現(xiàn)象。 臨界角:剛發(fā)生全反射(即折射角等于90°)時(shí)的入射角,用字母C表示。,填一填,練一練,(2)全反射的條件: 光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)。 入射角大于或等于臨界角。 (3)臨界角與折射率的關(guān)系: 定量關(guān)系:光由某種介質(zhì)射入空氣(或真空)時(shí),sin C= 。 定性關(guān)系:介質(zhì)的折射率越大,發(fā)生全反射的臨界角越小,越容易發(fā)生全反射。,填一填,練一練,3.全反射的應(yīng)用(見課本第50頁) (1)全反射棱鏡: 形狀:截面為等腰直角三角形的棱鏡。 光學(xué)特性: a.當(dāng)光垂直于截面的直角邊射入棱鏡時(shí),光在截面的斜邊上發(fā)生全反射,光射出棱鏡時(shí),傳播方向改變了90°。 b.當(dāng)光垂直于截面的斜邊射入棱鏡時(shí),在兩個直角邊上各發(fā)生一次全反射,使光的傳播方向改變了180°。,填一填,練一練,(2)光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用: 原理:利用了光的全反射。 構(gòu)造:光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲,由內(nèi)芯和外套 兩層組成。內(nèi)芯的折射率比外套的大,光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射。 主要優(yōu)點(diǎn):容量大、能量損耗小、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好等。,填一填,練一練,如圖所示,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。,填一填,練一練,探究一,探究二,探究一對全反射的理解 問題導(dǎo)引 夏季的早晨,從某一方向看植物葉子上的露珠會格外明亮,玻璃中的氣泡從側(cè)面看也是特別明亮,這是什么道理呢?,探究一,探究二,名師精講 1.對光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解 (1)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的比較: (2)相對性:光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是相對的。任何兩種透明介質(zhì)都可以通過比較光在其中傳播速度的大小或折射率的大小來判斷誰是光疏介質(zhì)或光密介質(zhì)。 (3)光疏和光密是從介質(zhì)的光學(xué)特性來說的,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,酒精是光密介質(zhì)。,2.全反射現(xiàn)象 (1)全反射的條件: 光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。 入射角大于或等于臨界角。 (2)全反射遵循的規(guī)律:發(fā)生全反射時(shí),光全部返回原介質(zhì),入射光與反射光遵循光的反射定律,由于不存在折射光線,光的折射定律不再適用。 (3)從能量角度來理解全反射:當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí),隨著入射角增大,折射角也增大。同時(shí)折射光線強(qiáng)度減弱,即折射光線能量減小,反射光線強(qiáng)度增強(qiáng),能量增加,當(dāng)入射角達(dá)到臨界角時(shí),折射光線強(qiáng)度減弱到零,反射光的能量等于入射光的能量。,探究一,探究二,探究一,探究二,3.不同色光的臨界角 不同顏色的光由同一介質(zhì)射向空氣或真空時(shí),頻率越高的光的臨界角越小,越易發(fā)生全反射。,探究一,探究二,典例剖析 【例題1】 如圖所示,某種透明物質(zhì)制成的直角三棱鏡ABC,A等于30°,一束光線在紙面內(nèi)垂直AB邊射入棱鏡。如圖所示,發(fā)現(xiàn)光線剛好不能從BC面射出,而是最后從AC面射出。求: (1)透明物質(zhì)的折射率n; (2)光線從AC面射出時(shí)的折射角的正弦值。,探究一,探究二,探究一,探究二,變式訓(xùn)練1 導(dǎo)學(xué)號38190080 一束光以45°的入射角從AB面射入如圖所示的透明三棱鏡中,棱鏡折射率n= 。試求進(jìn)入AB面的折射角,并在圖中畫出該光束在棱鏡中的光路。,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,探究二全反射的應(yīng)用 問題導(dǎo)引 如圖所示,自行車后面有尾燈,它雖然本身不發(fā)光,但在夜間行駛時(shí),從后面開來的汽車發(fā)出的強(qiáng)光照在尾燈上,會有較強(qiáng)的光被反射回去,使汽車司機(jī)注意到前面有自行車。那么自行車的尾燈利用了什么原理?,探究一,探究二,名師精講 1.光導(dǎo)纖維的構(gòu)造及傳播原理 光導(dǎo)纖維是一種透明的玻璃纖維絲,直徑只有1100 m左右。如圖所示,它是由內(nèi)芯和外套兩層組成,內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率,光由一端進(jìn)入,在兩層的界面上經(jīng)過多次全反射,從另一端射出。光導(dǎo)纖維可以遠(yuǎn)距離傳輸光,光信號又可以轉(zhuǎn)換成電信號,進(jìn)而變?yōu)槁曇?、圖像。如果把許多(上萬根)光導(dǎo)纖維合成一束,并使兩端的纖維按嚴(yán)格相同的次序排列,就可以傳輸圖像。,探究一,探究二,2.全反射棱鏡 全反射棱鏡是利用全反射改變光路以便于觀察。 在圖甲中的等腰直角三角形ABC表示一個全反射棱鏡的橫截面,它的兩直角邊AB和BC表示棱鏡上兩個互相垂直的側(cè)面。如果光線垂直地射到AB面上,光在棱鏡內(nèi)會沿原來的方向射到AC面上。由于入射角(45°)大于光從玻璃射入空氣的臨界角(42°),光會在AC面上發(fā)生全反射,沿著垂直于BC的方向從棱鏡射出(圖甲)。如果光垂直地射到AC面上(圖乙),沿原方向射入棱鏡后,在AB、BC兩面上都會發(fā)生全反射,最后沿著與入射時(shí)相反的方向從AC面上射出。在光學(xué)儀器里,常用全反射棱鏡來代替平面鏡,改變光的傳播方向。圖丙是全反射棱鏡應(yīng)用在潛望鏡里的光路圖。,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,典例剖析 【例題2】 導(dǎo)學(xué)號38190081 如圖所示,AB為一直光導(dǎo)纖維,AB之間距離為s,使一光脈沖信號從光導(dǎo)纖維中間入射,射入后在光導(dǎo)纖維內(nèi)芯與外套的界面上恰好發(fā)生全反射,由A點(diǎn)傳輸?shù)紹點(diǎn)所用時(shí)間為t,求光導(dǎo)纖維所用材料的折射率n。,探究一,探究二,探究一,探究二,變式訓(xùn)練2 空氣中兩條光線a和b從方框左側(cè)入射,分別從方框下方和上方射出,其框外光線如圖甲所示。方框內(nèi)有兩個折射率n=1.5的玻璃全反射棱鏡。圖乙給出了兩棱鏡四種放置方式的示意圖,其中能產(chǎn)生圖甲效果的是( ),甲,乙,探究一,探究二,解析:四個選項(xiàng)產(chǎn)生光路效果如圖所示。 則可知選項(xiàng)B正確。 答案:B,1 2 3 4 5,1.已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分別為1.33、1.55、1.60和1.63,如果光按下面幾種方式傳播,可能發(fā)生全折射的是( ) A.從水晶射入玻璃 B.從水射入二硫化碳 C.從玻璃射入水中 D.從水射入水晶 解析:折射率相對較小的介質(zhì)是光疏介質(zhì),折射率相對較大的介質(zhì)是光密介質(zhì),發(fā)生全反射的條件之一是光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì),由此可知選項(xiàng)C正確。 答案:C,1 2 3 4 5,2.關(guān)于光纖的說法,正確的是( ) A.光纖是由高級金屬制成的,所以它比普通電線容量大 B.光纖是非常細(xì)的特制玻璃絲,但導(dǎo)電性能特別好,所以它比普通電線衰減小 C.光纖是非常細(xì)的特制玻璃絲,由內(nèi)芯和外套兩層組成,光纖是利用全反射原理來實(shí)現(xiàn)光的傳導(dǎo)的 D.在實(shí)際應(yīng)用中,光纖必須呈筆直狀態(tài),因?yàn)閺澢墓饫w是不能傳導(dǎo)光的,1 2 3 4 5,解析:光導(dǎo)纖維的作用是傳導(dǎo)光,它是直徑為幾微米到一百微米之間的特制玻璃絲,且由內(nèi)芯和外套兩層組成,內(nèi)芯的折射率比外套的大。載有聲音、圖像及各種數(shù)字信號的激光傳播時(shí),在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射,光纖具有容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中,光纖是可以彎曲的,選項(xiàng)C正確。 答案:C,1 2 3 4 5,3.某種介質(zhì)對空氣的折射率是 ,一束光從該介質(zhì)射向空氣,入射角是60°,則下列光路圖中正確的是(圖中為空氣,為介質(zhì))( ) 解析:由題意知,光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì),由 ,得C=45°60°,故在兩介質(zhì)的界面上會發(fā)生全反射,只有反射光線,沒有折射光線,故選項(xiàng)D正確。 答案:D,1 2 3 4 5,4. 如圖所示,一束光從空氣中射向折射率n= 的某種玻璃的表面,1表示入射角,則下列說法中正確的是( ) A.當(dāng)145°時(shí)會發(fā)生全反射現(xiàn)象 B.無論入射角是多大,折射角2都不會超過45° C.欲使折射角2=30°,應(yīng)以1=45°的角度入射 D.當(dāng)入射角滿足tan 1= 時(shí),反射光跟折射光恰好垂直,1 2 3 4 5,1 2 3 4 5,