高中物理 4.3 光的全反射课件 教科版选修34 .ppt

第四章光的折射 4 3光的全反射 1 理解光疏介质和光密介质 了解 疏 与 密 是相对的 2 理解光的全反射 会利用全反射解释有关现象 3 理解临界角的概念 能判断是否发生全反射并能画出相应的光路图 4 了解全反射棱镜和光导纤维 学习目标定位 学习探究区 一 全反射 二 全反射的应用 一 全反射 问题设计 返回 如教材图所示 让光沿着半圆柱形玻璃砖的半径射到它的平直的边上 在这个边与空气的界面上会发生反射和折射 逐渐增大入射角 观察反射光线和折射光线的变化 答案由实验可以看到 当光沿着半圆柱形的玻璃砖的半径射到直边上时 一部分光从玻璃砖的直边上折射到空气中 一部分光反射回玻璃砖内 逐渐增大入射角 会看到折射光离法线越来越远 而且越来越弱 反射光却越来越强 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 要点提炼 返回 一 全反射 1 光疏介质和光密介质任何介质的绝对折射率都1 折射率越大 光在其中传播的速度就越小 两种介质相比较 折射率较大的介质叫光密介质 折射率较小的介质叫光疏介质 2 全反射现象 1 临界角 时的入射角称为全反射临界角 简称临界角 用c表示 sinc 大于 折射角为90 返回 一 全反射 2 全反射发生的条件 光从介质射入介质 入射角临界角 3 全反射遵循的规律 折射角随着入射角的增大而增大 折射角增大的同时 折射光线的强度减弱 亮度 而反射光线的强度增强 亮度 光密 光疏 大于或等于 减弱 增强 返回 一 全反射 当入射角增大到某一角度 即临界角 时 折射光线完全消失 即折射角为 入射光线的能量反射回原介质 入射光与反射光遵循光的反射定律 90 全部 返回 一 全反射 为什么水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮 答案水或玻璃中的气泡是光疏介质 光经过水或玻璃照射气泡时 一部分光会发生全反射 相对于其他物体而言 有更多的光入射到人眼中 就好像光是由气泡发出的 因此人眼感觉气泡特别明亮 延伸思考 二 全反射的应用 返回 问题设计 1 如图1所示 自行车后面有尾灯 它虽然本身不发光 但在夜间行驶时 从后面开来的汽车发出的强光照在尾灯上时 会有较强的光被反射回去 使汽车司机注意到前面有自行车 那么自行车的尾灯利用了什么原理 答案利用了全反射的原理 图1 二 全反射的应用 返回 2 素有 光纤之父 之称的华裔科学家高锟博士 因在 有关光在纤维中的传输以用于光学通讯方面 取得的突破性成就 获得了2009年诺贝尔物理学奖 你知道光纤通讯的原理吗 答案光纤通讯利用了全反射的原理 二 全反射的应用 1 全反射棱镜的特点 1 当光于它的一个界面射入后 会在其内部发生 如图2 全反射棱镜比平面镜的反射率高 几乎可达100 2 反射面不必涂任何反光物质 反射失真小 图2 返回 要点提炼 垂直 全反射 二 全反射的应用 2 光导纤维的结构与应用 1 光导纤维传光原理 原理 2 光导纤维的构造 由内芯和外套两层组成 内芯的折射率比外套 光传播时在内芯和外套上发生 如图3所示 图3 3 光导纤维的应用 光纤通讯 医学上的内窥镜 返回 全反射 大 全反射 返回 延伸思考 二 全反射的应用 返回 典例精析 例1如图4所示 半圆形玻璃砖放在空气中 三条同一颜色 强度相同的光线 均由空气射入玻璃砖 到达玻璃砖的圆心位置 下列说法正确的是 图4 一 对全反射的理解 返回 一 对全反射的理解 典例精析 a 假若三条光线中有一条在o点发生了全反射 那一定是ao光线b 假若光线bo能发生全反射 那么光线co一定能发生全反射c 假若光线bo能发生全反射 那么光线ao一定能发生全反射d 假若光线ao恰能发生全反射 则光线bo的反射光线比光线co的反射光线的亮度大 返回 典例精析 解析三条入射光线沿着指向圆心的方向由空气射向玻璃砖 在圆周界面 它们的入射角为零 均不会偏折 在直径界面 光线ao的入射角最大 光线co的入射角最小 它们都是从光密介质射向光疏介质 都有发生全反射的可能 如果只有一条光线发生了全反射 那一定是ao光线 因为它的入射角最大 所以选项a对 一 对全反射的理解 返回 典例精析 假若光线bo能发生全反射 说明它的入射角等于或大于临界角 光线ao的入射角更大 所以 光线ao一定能发生全反射 光线co的入射角可能大于或等于临界角 也可能小于临界角 因此 co光线不一定能发生全反射 所以选项b错 c对 假若光线ao恰能发生全反射 则光线bo和光线co都不能发生全反射 但bo光线的入射角更接近于临界角 所以 光线bo的反射光线较光线co的反射光线强 即光线bo的反射光线亮度较大 所以d对 本题答案选a c d 答案acd 一 对全反射的理解 返回 典例精析 二 全反射的应用 返回 典例精析 解析当光线在水面发生全反射时 有当光线从左侧射入时 由折射定律有联立以上两式 代入数据可得 二 全反射的应用 返回 典例精析 例3光导纤维的结构如图6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 图6 二 全反射的应用 返回 典例精析 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 二 全反射的应用 返回 典例精析 解析光导纤维很细 它的直径只有几微米到一百微米 它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 答案a 二 全反射的应用 返回 典例精析 例4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7所示 方框内有两个折射率n 1 5的玻璃全反射棱镜 下图给出了两棱镜的四种放置方式的示意图 其中能产生图中效果的是 二 全反射的应用 图7 返回 典例精析 解析四个选项产生光路效果如下图 由上图可知b项正确 答案b 二 全反射的应用 返回 课堂要点小结 全反射 全反射现象 全反射条件 由光密介质射入光疏介质 入射角大于等于临界角 临界角 应用 全反射棱镜 光导纤维 sinc 自我检测区 1 2 3 4 1 对全反射的理解 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 1 2 3 4 ac 2 全反射的应用 关于光导纤维的说法 正确的是 a 光导纤维是由高级金属制成的 所以它比普通电线容量大b 光导纤维是非常细的特制玻璃丝 但导电性能特别好 所以它比普通电线衰减小c 光导纤维是非常细的特制玻璃丝 由内芯和外套两层组成 光纤是利用全反射原理来实现光的传导的d 在实际应用中 光导纤维必须呈笔直状态 因为弯曲的光纤是不能导光的 1 2 3 4 解析光导纤维的作用是传导光 它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝 由内芯和外套两层组成 且内芯的折射率比外套的大 载有声音 图像及各种数字信号的激光传播时 在内芯和外套的界面上发生全反射 光纤具有容量大 衰减小 抗干扰性强等特点 在实际应用中 光纤是可以弯曲的 所以答案是c 答案c 1 2 3 4 3 全反射的理解 2014 福建 13 如图所示 一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖 o点为该玻璃砖截面的圆心 下图能正确描述其光路的是 1 2 3 4 1 2 3 4 解析光从玻璃砖射向空气时 如果入射角大于临界角 则发生全反射 如果入射角小于临界角 则在界面处既有反射光线 又有折射光线 但折射角应大于入射角 选项a正确 选项c错误 当光从空气入射玻璃砖时 在界面处既有反射光线 又有折射光线 且入射角大于折射角 选项b d错误 答案a 4 全反射的理解 如图8所示 abcd是平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 1 2 3 4 图8 a 只要入射角足够大 光线在界面 上就可能发生全反射现象b 只要入射角足够大 光线在界面 上就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解