2018-2019学年高中物理 第13章 光 13.2 全反射课件 新人教版选修3-4.ppt

2全反射,一、光疏介质和光密介质,较小,较大,小,小于,大于,二、全反射及其条件1.全反射及临界角的概念:(1)全反射: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_时,折射光_,只剩下反射光的现象。(2)临界角:刚发生全反射(即折射角等于_)时的_,用字母C表示。,90,完全消失,90,入射角,2.全反射的条件:(1)光由_介质射入_介质。(2)入射角_或_临界角。,光密,光疏,大于,等于,3.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,sinC=_。(2)定性关系:介质的折射率越大,发生全反射的临界角_,越容易发生全反射。,越小,三、全反射的应用1.全反射棱镜:(1)形状:截面为_三角形的棱镜。(2)光学特性。当光垂直于截面的直角边射入棱镜时,光在截面的斜边上发生_,光射出棱镜时,传播方向改变了_。,等腰直角,全反射,90,当光垂直于截面的斜边射入棱镜时,在两个直角边上各发生一次_,使光的传播方向改变了_。,全反射,180,2.光导纤维及其应用:(1)原理:利用了光的_。(2)构造:光导纤维是非常细的特制玻璃丝,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,全反射,【预习诊断】1.请判断下列说法的正误。(1)入射角大于临界角就会发生全反射现象。()(2)光密介质是指密度大的介质。()(3)一种介质不是光疏介质就是光密介质。(),(4)光由光疏介质射入光密介质后速度减小。()(5)光由光疏介质射入光密介质时才能发生全反射。()(6)临界角与折射率成反比。(),提示:(1)。发生全反射的两个条件缺一不可,光必须从光密介质射入光疏介质。(2)。光密介质是指折射率大的介质。(3)。一种介质究竟是光疏介质还是光密介质是相对其他介质而言的。,(4)。光密介质的折射率大,光在其中的传播速度小。(5)。光由光密介质射入光疏介质时才能发生全反射。(6)。临界角随折射率的增大而减小,但不是反比关系。,2.关于全反射,下列叙述中正确的是()A.发生全反射时仍有折射光线,只是折射光线非常弱B.光从光密介质射向光疏介质时,一定会发生全反射现象C.光从光密介质射向光疏介质时,可能不发生全反射现象D.光从光疏介质射向光密介质时,可能发生全反射现象,【解析】选C。全反射发生的条件是光从光密介质射向光疏介质和入射角大于等于临界角,二者缺一不可,故选项B、D错误,C正确;发生全反射时,折射光线全部消失,只剩下反射光线,选项A错误。,3.光线由空气透过半圆形玻璃砖,再射入空气的光路图中,正确的是(玻璃的折射率为1.5)(),A.图乙、丙、丁B.图乙、丁C.图乙、丙D.图甲、丙,【解析】选B。题图甲、乙,光由空气进入玻璃,由光疏介质进入光密介质,应有12,乙正确,甲错误;题图丙、丁,光由玻璃进入空气中,sinCsin45,即Cnb,a光的频率ab,光在真空中的传播速度相等,A错误;由=得B错误;由v=和t=得C正确;根据sinC=得D错误。,3.如图所示,直角三角形ABC为一三棱镜的截面,A=30。一束单色光从空气射向BC上的E点,并偏折到AB上的F点,光线EF平行于底边AC。已知入射方向与BC的夹角=30。试通过计算判断光在F点能否发生全反射。,【解析】光线在BC界面的入射角1=60,折射角2=30。根据折射定律,得n=由几何关系知,光线在AB界面的入射角为3=60,因此sin3=,而棱镜对空气的临界角C的正弦值sinC=则由sin3sinC知,在AB界面的入射角3C,所以光线在F点将发生全反射。答案:见解析,4.如图所示,一束光线从空气射入某介质,入射光线与反射光线夹角为90,折射光线与入射光线延长线间夹角为15,求:,(1)该介质的折射率。(2)光在该介质中传播的速度。(3)当光从介质射入空气时的临界角。,【解析】(1)由反射定律可知=,由于+=90,故入射角=45;由图可知r+=45,由于=15,故折射角r=30,所以该介质的折射率n=(2)由折射率与速度的关系n=得v=m/s=2.12108m/s,(3)光从介质射入空气时临界角的正弦值sinC=故临界角C=45答案:(1)(2)2.12108m/s(3)45,知识点二光导纤维探究导入:如图所示是光导纤维的结构示意图,其内芯和外套由两种光学性能不同的介质构成,内芯对光的折射率要比外套对光的折射率高。请问:在制作光导纤维时,选用的材料为什么要求内芯对光的折射率要比外套对光的折射率高?,提示:光只有满足从光密介质射入光疏介质,才会发生全反射。而光导纤维要传播加载了信息的光,需要所有光在内芯中经过若干次反射后,全部到达目的地,所以需要发生全反射,故内芯对光的折射率必须要比外套对光的折射率高。,【归纳总结】1.构造及传播原理:(1)构造:光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝,直径只有1100m,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。,(2)传播原理: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播光,光信号又可以转换成电信号,进而变为声音、图像。,2.光导纤维的折射率:设光导纤维的折射率为n,当入射角为1时,进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射,如图所示,则有:sinC=C+2=90,由以上各式可得:sin1=,由图可知:当1增大时,2增大,而从纤维射向空气中光线的入射角减小,当1=90时,若=C,则所有进入纤维中的光线都能发生全反射,即解得n=,以上是光从纤维射向真空时得到的折射率,由于光导纤维包有外套,外套的折射率比真空的折射率大,因此折射率要比大些。,【典题过关】【典例】如图所示,一根长为l=5.0m的光导纤维用折射率n=的材料制成。一束激光由其左端的中心点以45的入射角射入光导纤维内,经过一系列全反射后从右端射出,则:,(1)该激光在光导纤维中的速度v是多大?(2)该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少?,【正确解答】(1)由n=可得v=2.1108m/s。(2)由n=可得光线从左端面射入后的折射角为30,射到侧面时的入射角为60,大于临界角45,因此发生全反射。同理光线每次在侧面都将发生全反射,直到光线到达右端面。由几何关系可以求出光线在光导纤维中通过的总路程s=,因此该激光在光导纤维中传输所经历的时间t=2.710-8s。,答案:(1)2.1108m/s(2)2.710-8s,【过关训练】光导纤维的结构如图所示,其内芯和外套材料不同,光在内芯中传播。以下关于光导纤维的说法正确的是(),A.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B.内芯的折射率比外套的小,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射,C.内芯的折射率比外套的小,光传播时在内芯与外套的界面上发生折射D.内芯的折射率与外套的相同,外套的材料有韧性,可以起保护作用,【解析】选A。光导纤维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,故选项A对,选项B、C、D错误。,【补偿训练】1.光纤通信是一种现代化的通信手段,它可以为客户提供大容量、高速度、高质量的通信服务,为了研究问题方便,我们将光导纤维简化为一根长直玻璃管,如图所示。设此玻璃管长为L,折射率为n。已知从玻璃管左端面射入玻璃内的光线,在玻璃管的侧面上恰好能发生全反射,最后从玻璃管的右端面射出。设光在真空中的传播速度为c,则光通过此段玻璃管所需的时间为(),【解析】选A。用C表示临界角,则有sinC=,则光在玻璃管中的传播速度为v=。光在沿玻璃管轴线的方向上做匀速传播。所用时间为t=故A正确。,2.如图所示,AB为光导纤维,A、B之间距离为s,使一光脉冲信号从光导纤维中间入射,射入后在光导纤维与空气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。,【解析】设介质的折射率为n,则有sin=sinC=n=t=由以上三式解得t=所以n=。答案:,【拓展例题】考查内容:全反射中光线范围的确定【典例】如图所示,在桌面上有一倒立的玻璃圆锥,其顶点恰好与桌面接触,圆锥的轴(图中虚线)与桌面垂直,过轴线的截面为等