高中物理 13.2 全反射课件 新人教版选修34.ppt

第十三章 光 目标定位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 能计算有关问题和解释相关现象 3 了解光导纤维的工作原理和光导纤维在生产 生活中的应用 4 知道全反射棱镜的原理 第2讲全反射 一 全反射1 光疏介质和光密介质 1 折射率的介质称为光疏介质 折射率的介质称为光密介质 2 光疏介质与光密介质是的 较小 较大 相对 2 全反射当光从介质射向介质时 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 而且越来越 反射光却越来越 当入射角增大到某一角度 使折射角达到时 折射光完全消失 只剩下反射光 这种现象叫做全反射 光密 光疏 远 弱 强 90 3 临界角 1 定义 折射角为90 时的叫做临界角 2 临界角c与折射率n的关系 入射角 4 发生全反射的条件当光从介质射入介质时 如果入射角或临界角 就会发生全反射现象 光密 光疏 等于 大于 想一想当光从水中射向与玻璃的交界面时 只要入射角足够大就会发生全反射 这种说法正确吗 为什么 答案不正确 要发生全反射必须是光从光密介质射向光疏介质 而水相对玻璃是光疏介质 所以不管入射角多大都不可能发生全反射 二 全反射棱镜截面为的棱镜为全反射棱镜 它比平面镜的反射率高 失真 三 光导纤维1 光导纤维对光的传导原理 利用了原理 等腰直角三角形 小 全反射 2 光导纤维构造由内芯和外套两层组成 内芯的折射率比外套的 光传播时在内芯与外套的界面上发生 如图1所示 3 光纤通讯的优点是容量 衰减 抗干扰性强等 大 图1 全反射 大 小 一 对全反射的理解1 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 2 光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小 3 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 4 光疏和光密是从介质的光学特性来说的 并不指它的密度大小 2 全反射 1 临界角 折射角为90 时的入射角称为全反射的临界角 用c表示 sinc 2 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 3 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 例1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 解析发生全反射时折射光线的能量为零 折射光线消失 所以选项a错误 发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质 且入射角大于或等于临界角 二者缺一不可 所以选项b d错误 选项c正确 答案c 针对训练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 则下列光路图中正确的是 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sinc 得c 45 1 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 二 全反射棱镜和光导纤维1 全反射棱镜 1 特点 当光垂直于它的一个界面射入后 都会在其内部发生全反射 与平面镜相比 它的反射率很高 反射面不必涂敷任何反光物质 反射时失真小 2 全反射棱镜改变光路的两种常见情况 如图2所示 图2 2 光导纤维 1 原理 内芯的折射率比外套的大 光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射 2 优点 容量大 衰减小 抗干扰性强等 3 应用 光纤通讯 医学上的内窥镜 例2光导纤维的结构如图3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 图3 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 解析光导纤维内芯的折射率大于外套的折射率 光在由内芯射向外套时 在其界面处发生全反射 从而使光在内芯中传播 a对 答案a 三 全反射的定量计算应用全反射解决实际问题的基本方法 1 确定光是由光疏介质进入光密还是从光密进入光疏介质 2 若光由光密介质进入光疏介质时 根据sinc 确定临界角 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 如三角函数 反射定律等 进行判断推理 运算及变换 例3一厚度为h的大平板玻璃水平放置 其下表面贴有一半径为r的圆形发光面 在玻璃板上表面放置一半径为r的圆纸片 圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上 已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线 不考虑反射 求平板玻璃的折射率 解析如图 从圆形发光面边缘的a点发出的一条光线射到玻璃上表面a 点恰好发生全反射 则有sinc 其中l r r 对全反射的理解1 光从介质a射向介质b 如果要在a b介质的分界面上发生全反射 那么必须满足的条件是 a a是光密介质 b是光疏介质b 光在介质a中的速度必须大于在介质b中的速度c 光的入射角必须大于或等于临界角d 光的入射角必须小于临界角 ac 2 光在某种介质中的传播速度是1 5 108m s 光从该介质射向空气时 a 临界角是30 b 大于或等于30 的所有角都是临界角c 入射角大于或等于30 时都能发生全反射d 临界角可能是60 答案ac 全反射的应用3 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4所示 方框内有两个折射率n 1 5的全反射棱镜 下面给出了两棱镜四种放置方式的示意图 其中能产生图中效果的是 图4 解析四个选项产生的光路效果如图所示 由图可知b项正确 答案b 4 图5为一光导纤维 可简化为一长玻璃丝 的示意图 玻璃丝长为l 折射率为n ab代表端面 已知光在真空中的传播速度为c 1 为使光线能从玻璃丝的ab端面传播到另一端面 求光线在端面ab上的入射角应满足的条件 图5 解析设光线在端面ab上c点的入射角为i 折射角为r 光路图如图所示 由折射定律有sini nsinr 设该光线射向玻璃丝内壁d点的入射角为 为了使该光线可在此光导纤维中传播 应有 式中 是光线在玻璃丝内发生全反射的临界角 它满足nsin 1 由几何关系得 r 90 2 求光线从玻