人教版选修34 第十三章2全反射 学案.doc

2全反射1全反射现象(1)光疏介质和光密介质辨误区：区分光疏与光密介质光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对意义。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。(2)全反射现象光由光密介质射向光疏介质时，折射角大于入射角，当入射角增大到一定程度时，折射角会增大到90，此时折射光全部消失，入射光全部被反射回原介质；当入射角再增大时，入射光仍被界面全部反射回原介质，这种现象叫做全反射。为什么水或玻璃中的气泡看起来特别,明亮？水或玻璃中的气泡相对于水是光疏介质，光经水或玻璃照射气泡时，一部分光会发生全反射，有更多的光反射到人眼中，就好像光是由气泡发出的。因此人眼感觉气泡特别明亮【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vc/n可知，光在光密介质中的速度较小。答案：bd2发生全反射的条件(1)临界角的定义：折射角为90时的入射角称为全反射的临界角，简称临界角，用c表示。(2)临界角c的表达式：由折射定律知，光由某介质射向真空(或空气)时，若刚好发生全反射，则n，所以sin c。(3)全反射发生的条件光从光密介质射入光疏介质；入射角大于或等于临界角。点技巧：巧解全反射问题解决全反射的问题必须准确地作出光路图，熟练的应用几何知识分析各角度之间的关系，再根据入射角与临界角的关系来判断，同时不要只考虑临界角，而忽略了光是由光密介质射入光疏介质还是由光疏介质射入光密介质。【例2】 如图所示，一束光由空气射到透明介质的a点，入射角为i，则()a当i足够大时，在a点将发生全反射b当i足够大时，光从球内向外射出时将发生全反射c无论i多大，在a点都不会发生全反射d无论i多大，光从球内向外射出时，都不会发生全反射解析：光从光密介质射向光疏介质时才可能发生全反射，因此光在a点由空气进入介质球时，肯定不能发生全反射。光从介质球向外射出的入射角i是随着i的增大而增大的，且i的增大只是逐渐接近临界角，不可能大于临界角。原因如下：在图中，对于球上任意一点，球面法线一定过圆心o，设为光从a点射入时的折射角，i为光从b点射出时的入射角，它们为等腰三角形的两底角，因此有i，根据折射定律n，得sin ，即随着i的增大，增大，但显然不能大于临界角c，故i也不可能大于临界角，即光从b点射出时，不可能发生全反射，在b点的反射光射向d点，从d点射出时也不会发生全反射。答案：cd3全反射的应用(1)全反射棱镜构造：截面为等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。对全反射棱镜光学特性的两点说明：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，两种反射情况如图甲、乙所示。(2)光导纤维的结构与应用光导纤维：人们设计出用光密介质制成的用来传导光信号的纤维状的装置。光纤原理：“光纤通信”利用了全反射的原理。实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，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，实现远距离传送。因此，光信号能携带着数码信息、电视图像、声音等沿着光纤传输到很远的地方，实现光纤通信，如图所示。光纤应用如果把光导纤维聚集成束，使其两端纤维排列的相对位置相同，具有亮暗色彩的图像就可以从一端传到另一端，医学上用光导纤维制成内窥镜，用来检查人体胃、肠、气管等内脏的内部。载有声音、图像以及各种数字信号的激光从光纤的一端输入，就可以沿着光纤传到千里以外的另一端，实现光纤通信。【例3】 光纤通信是一种现代化通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务。目前，我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络。下列说法正确的是()a光纤通信利用光作为载体来传播信息b光导纤维与金属导线电缆的传递信息的原理是相同的c光导纤维传递光信号是利用光的色散原理d目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝解析：光导纤维是利用光的全反射原理来实现用光作为载体传递信息的，故a选项正确，b、c选项错误；光纤是内芯折射率大于外层表皮折射率的很细的玻璃丝，所以d选项正确。答案：ad4对光的全反射的理解以及求解全反射问题的思路(1)光从一种介质射到另一种介质的界面上，反射现象一定发生，折射现象有可能发生。若发生了全反射，则折射光线消失，折射现象没有发生，反射能量等于入射能量。(2)全反射现象仍然符合光的反射定律。(3)发生全反射的两个条件必须同时满足，才能发生。条件是：光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于或等于临界角。(4)解决全反射问题的思路：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。若由光密介质进入光疏介质时，则根据sin c确定临界角，看是否发生全反射。根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”。运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理，动态分析或定量计算。如何分析光的全反射问题一是记准折射定律n中的i和r分别是空气中的角和介质中的角，不要搞错；二是常用数学公式要熟练，sincos c，cos c。【例41】 一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯，如图为过轴线的截面图，调整入射角，光线恰好在水和空气的界面上发生全反射，已知水的折射率为，求sin 的值。解析：当光线在水面发生全反射时有sin c，当光线从左侧射入玻璃杯时，由折射定律有n，联立以上两式并代入数据可得sin 答案：【例42】 半径为r的半圆柱形玻璃，横截面如图所示，o为圆心，已知玻璃的折射率为，当光由玻璃射向空气时，发生全反射的临界角为45。一束与mn平面成45的平行光束射到玻璃的半圆柱面上，经玻璃折射后，有部分光能从mn平面上射出，求能从mn平面上射出的光束的宽度为多少？解析：如图所示，进入玻璃中的光线恰好在o点发生全反射。光线左侧的光线(如：光线)经球面折射后不能射出；最右边射向半球面的光线与球面相切，入射角i90，由折射定律知：sin insin r1，则r45。故光线将垂直mn射出；所以在mn面上射出的光束宽度应是oersin rr。答案：r5常见全反射现象的应用例析(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。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。因海面上的空气湿度比空中低，空气的下层比上层折射率大。我们可以粗略地把空中的大气分成许多水平的空气层，如图所示。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。如图所示。【例5】 酷热的夏天，在平坦的柏油公路上你会看到在一定距离之外，地面显得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎还能看到远处车、人的倒影。但当你靠近“水面”时，它也随你靠近而后退。对此现象正确的解释是()a出现的是“海市蜃楼”，是由于光的折射造成的b“水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉c太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率大，发生全反射d太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率小，发生全反射解析：酷热的夏天地面温度高，地