2018-2019版高中物理_第四章 光的折射 3 光的全反射课件 教科版选修3-4

3光的全反射 第四章光的折射 学习目标 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 内容索引 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 自主预习预习新知夯实基础 自主预习 一 全反射现象及条件1 光密介质和光疏介质 1 对于两种介质来说 光在其中传播速度较小的介质 即折射率的介质叫介质 光在其中传播速度较大的介质 即折射率较小的介质叫介质 2 光疏介质和光密介质是相对的 2 全反射 1 定义 光从介质射到介质的界面时 全部被反射回原介质的现象 较大 光密 光疏 光密 光疏 2 全反射的条件 光需从介质射至介质的界面上 入射角必须等于或临界角 3 临界角 定义 光从某种介质射向真空或空气时使折射角变为90 时的 称作这种介质的临界角 临界角C与折射率n的关系 sinC 光密 光疏 大于 入射角 二 全反射的应用 光导纤维1 光纤的工作原理 由于有机玻璃的折射率空气的折射率 当光从有机玻璃棒的一端射入时 可以沿着有机玻璃棒的表面发生多次 从另一端射出 2 光导纤维的构造 由两种折射率不同的玻璃制成 分内 外两层 内层玻璃的折射率比外层玻璃的折射率 当光从一端进入光纤时 将会在两层玻璃的界面上发生 3 光纤通信的优点是容量 衰减 抗干扰能力强 传输速率高 4 应用 光纤通信 医学上的 大于 全反射 大 全反射 大 小 内窥镜 1 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 光在光导纤维中的传播速度小于光在真空中的光速c 即学即用 答案 2 一束光从某介质进入真空 方向如图1所示 则该介质的折射率为 逐渐增大入射角 光线将 填 能 或 不能 发生全反射 若使光发生全反射 应使光从 射入 且入射角大于等于 答案 图1 能 介质 真空 45 重点探究 一 全反射 导学探究 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 答案 知识深化 发生全反射的条件 1 光从光密介质射至光疏介质 2 入射角大于或等于临界角 以上两个条件缺一不可 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 例1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 答案 解析 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 二 全反射的应用 光导纤维 导学探究 如图2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 构成内芯和外套的两种介质 哪个折射率大 为什么 答案内芯的折射率大 因为当内芯的折射率大于外套的折射率时 光在传播时能发生全反射 光线经过多次全反射后能从一端传到另一端 答案 图2 例2如图3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 已知光在真空中的传播速度为c 答案 图3 解析 解析设光导纤维所用材料的折射率为n 则有 注意挖掘题目中隐含条件 恰好 刚好 暗含的条件是入射角等于临界角 三 全反射的定量计算 解决全反射问题的思路 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 2 若光由介质进入空气 真空 时 则根据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 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 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 答案 解析 解析如图所示 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 其中L R r 答案45 例4如图4所示 折射率n 的透明介质的横截面由等腰直角三角形AOC和圆心为O 半径为R的四分之一圆弧BC组成 一束单色光从M点以 45 入射角由真空射入透明介质中 已知M点与AB之间距离为光在真空中的传播速度为c 求 答案 解析 图4 1 这种透明介质对于真空的临界角C 答案见解析图 2 通过计算 画出光在透明介质中传播的光路图 答案 解析 由几何关系知 30 45 因 C 光在AC界面发生全反射 垂直AB射出介质 光路如图所示 由几何关系知 光在介质中传播的距离d Rcos R 3 单色光在透明介质中的传播时间 有光折射时 不考虑反射 答案 解析 达标检测 1 2 3 4 1 对全反射的理解 多选 如图5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 均由空气沿半圆半径方向射入玻璃砖 到达玻璃砖的圆心位置 下列说法正确的是 答案 解析 A 假若三条光线中只有一条在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 那么光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度大 图5 1 2 3 4 解析在玻璃砖直径界面 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 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 光线cO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 但光线bO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 所以选项D对 1 2 3 4 2 全反射的应用 光导纤维 如图6所示是两个城市间光缆中的一条光导纤维的一段 光缆总长为L 它的玻璃芯的折射率为n1 外层材料的折射率为n2 若光在空气中的传播速度近似为c 则对于光由它的一端射入经多次全反射后从另一端射出的过程 下列判断中正确的是 答案 解析 图6 1 2 3 4 1 2 3 4 答案 解析 3 全反射的定量计算 用某种透明材料制成的一块柱体形棱镜的水平截面图如图7所示 左侧ABOD为长方形 右侧DOF为以O为圆心的圆 光线从真空以入射角 1 60 射到棱镜AB面 经折射后 光线到达BF面上的O点并恰好不从BF面射出 1 画出光路图 图7 答案见解析图 解析光路图如图所示 1 2 3 4 2 求该棱镜的折射率n和光线在棱镜中传播的速度大小v 光在真空中的传播速度c 3 108m s 答案 解析 1 2 3 4 由图可知 2 C 90 解析设光线在AB面的折射角为 2 折射光线与OD的夹角为C 1 2 3 4 4 全反射的定量计算 如图8所示 折射率n 半径为R的透明球体固定在水平地