高中物理 第十三章 光 13.2 全反射课件 新人教版选修34.ppt

2 全反射 1 知道光疏介质 光密介质 全反射 临界角的概念 2 理解全反射的条件 并能用来分析解决有关问题 3 了解全反射棱镜和光导纤维的工作原理及应用 1 2 3 1 光的全反射现象 1 光疏介质和光密介质 折射率较大的介质称为光密介质 折射率较小的介质称为光疏介质 光密介质与光疏介质具有相对性 2 全反射现象 光由光密介质进入光疏介质时 如果入射角逐渐增大 那么折射光离法线越来越远 而且越来越弱 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 这时的入射角称为临界角 用c表示 1 2 3 临界角的含义 折射角为90 时的入射角 规律 发生全反射时 符合光的反射定律 4 全反射条件 光从光密介质射到光疏介质 入射角大于或等于临界角 1 2 3 2 全反射现象的应用 1 棱镜 横截面为三角形的棱镜称为三棱镜 横截面为正三角形的称为正三棱镜 横截面为等腰直角三角形的棱镜称为全反射棱镜 棱镜对光线的控制作用 使通过的光线向底边偏折 2 利用全反射棱镜可以把光线的传播方向改变90 也可以改变180 1 2 3 如图甲 乙所示 全反射棱镜改变光路的两种常见情况 它们分别将光路改变了多少度 提示 甲改变了90 乙改变了180 1 2 3 3 光纤及其应用 1 光纤的原理 光纤由内芯和外套构成 内芯的折射率大于外套的折射率 光从一端进入内芯 在内芯与外套界面经多次全反射传到另一端 2 应用 医学上的内窥镜 通信用的光纤 一 二 三 四 一 对光疏介质和光密介质的理解1 光疏介质和光密介质是相对而言的 并没有绝对的意义 例如 水晶 n 1 55 对玻璃 n 1 5 而言是光密介质 而对金刚石来说 n 2 42 却是光疏介质 同一种介质到底是光疏介质还是光密介质 是不确定的 2 当光从光密介质进入光疏介质时 折射角大于入射角 反之 光由光疏介质进入光密介质时 折射角小于入射角 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 一 二 三 四 4 光疏介质和光密介质的比较特别警示光疏介质 光密介质是对确定的两种介质而言的 任何两种透明介质都可以通过比较光在其中速度的大小或折射率的大小来判定是光疏介质还是光密介质 一 二 三 四 二 对全反射的理解对于全反射可以从以下三个方面来理解1 临界角 光从光密介质进入光疏介质时 刚好发生全反射时的2 从能量的角度来理解全反射 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 折射光强度减小到零 入射光的能量全部集中到反射光 3 发生全反射的条件 光由光密介质射向光疏介质 入射角 1大于或等于临界角c 即 1 c 一 二 三 四 特别警示光由光密介质进入光疏介质发生全反射时 仍然遵守反射定律 有关计算仍依据反射定律进行 一 二 三 四 三 全反射的应用 光导纤维当光导纤维的折射率为多大时 就可以使以任意角度入射的光都能发生全反射 设光导纤维的折射率为n 当入射光线入射角为 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 一 二 三 四 一 二 三 四 特别警示解决全反射问题的基本方法如下 1 确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质 看是否发生全反射 3 根据题设条件 画出入射角等于临界角的 临界光路 4 运用几何关系 三角函数关系 反射定律等进行判断推理 运算及变换 进行动态分析或定量计算 一 二 三 四 四 生活中几种常见的全反射现象及解释1 对 海市蜃楼 的解释 由于空中大气的折射和全反射 会在空中出现 海市蜃楼 在海面平静的日子 站在海滨 有时可以看到远处的空中出现了高楼耸立 街道棋布 山峦重叠等景象 1 气候条件 当大气比较平静且海面与上层空气温差较大时 空气的密度随温度的升高而减小 对光的折射率也随之减小 我们可以粗略地把空中的大气分成许多水平的空气层 一 二 三 四 2 光路分析 远处的景物反射的光线射向空中时 不断被折射 射向折射率较小的上一层的入射角越来越大 当光线的入射角大到等于临界角时 就会发生全反射现象 光线就会从高空的空气层通过空气的折射逐渐返回折射率较大的下一层 甲 3 虚像的形成 当光线进入人的眼睛时 人总认为光是从反向延长线方向发射而来的 所以地面附近的观察者就可以观察到虚像 且虚像成像在远处的半空中 这就是海市蜃楼的影像 如图甲所示 一 二 三 四 2 对 沙漠蜃景 的解释 1 气候条件 夏天在沙漠里也会看到蜃景 太阳照到沙地上 接近沙面的热空气层比上层空气的密度小 折射率也小 2 光路分析 从远处物体射向地面的光线 进入折射率小的热空气层时被折射 入射角逐渐增大 也可能发生全反射 一 二 三 四 3 虚像的形成 人们逆着反射光线看去 就会看到远处物体的倒影 图乙 仿佛是从水面反射出来的一样 沙漠里的行人常被这种影像所迷惑 以为前方有水源而奔向前去 但总是可望而不可即 特别警示 1 沙漠蜃景 和 海市蜃楼 虽然都是由空中大气对光线的折射和全反射形成的 但因空气折射率大小分布有所不同 使得光线偏折情况有所不同 2 沙漠蜃景 是倒立的虚像 而 海市蜃楼 是正立的虚像 一 二 三 四 3 水或玻璃中的气泡特别明亮 水或玻璃中的石子能被我们所看见 是因为光照射石子时 有一部分光被石子反射 其中的一部分进入人的眼睛 故人能看见石子 水或玻璃中的气泡是光疏介质 光经水或玻璃照射气泡时 一部分光会发生全反射 相对石子而言 有更多的光反射到人的眼睛中 光的能量大了 人眼感觉会特别明亮 4 炎热夏季的柏油路看起来路面特别亮 在炎热夏天的柏油马路上 会看到路面特别明亮 这是因为贴近热路面附近的空气层稀薄 比上层空气的折射率小 从远处物体射向路面的光线 也可能发生全反射 从远处看去 路面显得格外明亮光滑 就像用水淋过一样 沙漠中行走的人在夏季会看到远方特别亮 就像有湖泊一样 与柏油马路面看起来特别亮道理相同 类型一 类型二 类型三 对光疏介质和光密介质的理解 例1 下列说法正确的是 a 因为水的密度大于酒精的密度 所以水是光密介质b 因为水的折射率小于酒精的折射率 所以水对酒精来说是光疏介质c 同一束光 在光密介质中的传播速度较大d 同一束光 在光密介质中的传播速度较小 解析 本题考查对光疏介质和光密介质的理解 因为水的折射率为1 33 酒精的折射率为1 36 所以水对酒精来说是光疏介质 由 答案 bd 类型一 类型二 类型三 题后反思要准确掌握光密介质和光疏介质的定义 注意光密介质和光疏介质都是相对而言的 折射率较大的介质是光密介质 折射率较小的介质是光疏介质 类型一 类型二 类型三 发生全反射的条件 例2 如图所示 abcd是两面平行的透明玻璃砖 ab面和cd面平行 它们分别是玻璃和空气的界面 设为界面 和界面 光线从界面 射入玻璃砖 再从界面 射出 回到空气中 如果改变光到达界面 时的入射角 则 a 只要入射角足够大 光线在界面 上可能发生全反射现象b 只要入射角足够大 光线在界面 上可能发生全反射现象c 不管入射角多大 光线在界面 上都不可能发生全反射现象d 不管入射角多大 光线在界面 上都不可能发生全反射现象 类型一 类型二 类型三 点拨 判断全反射是否发生 关键看是否同时具备发生全反射的两个条件 光线是否由光密介质进入光疏介质 入射角是否大于等于临界角 解析 在界面 光由空气进入玻璃砖 是由光疏介质进入光密介质 不管入射角多大 都不能发生全反射现象 则选项c正确 在界面 光由玻璃进入空气 是由光密介质进入光疏介质 但是 由于界面 和界面 平行 光由界面 进入玻璃后再达到界面 在界面 上的入射角等于在界面 上的折射角 因此入射角总是小于临界角 因此也不会发生全反射现象 选项d也正确 答案 cd 类型一 类型二 类型三 题后反思好多同学常认为在本例题中光到界面 时 只要入射角足够大就能发生全反射 这是一种比较隐蔽的全反射条件的考查 不能孤立地去讨论光在界面 的光学情况 由于受折射定律的限制 在界面 的入射角始终等于光在界面 的折射角 即在界面 上的入射角 始终达不到临界角 所以在好多问题中要注意全反射条件与折射定律的综合应用 类型一 类型二 类型三 全反射的应用 测量折射率 例3 半径为r的半圆柱形玻璃砖的横截面如图所示 o为圆心 光线 沿半径方向从a处射入玻璃砖后 恰在o点