《全反射教学用》PPT课件.ppt

生活中有很多跟光有关的有趣的自然现象 海市蜃楼视频 水或玻璃中的气泡特别亮炎热的夏天的柏油马路 看到路面特别明亮 为什么露珠这么亮 4 3光的全反射 物理选修3 4 一 光疏介质与光密介质 光疏介质 折射率较小的介质叫光疏介质 光密介质 折射率较大的介质叫光密介质 全反射 请问 酒精是光密介质还是光疏介质 注 光疏介质与光密介质是相对的 同一种光在光疏介质中传播速度较大 在光密媒质中传播速度较小 光疏介质与光密介质的界定是以折射率为依据的 与介质的其它属性 如密度等 无关 如水和酒精 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 BD 思考 当光由光密介质射入光疏介质的时候 当入射角增大到一定的程度的时候 折射角就等于900 如果再增大入射角情况会怎么样呢 演示实验 着重观察 先后发生了什么现象和光线的亮暗比较 实验 猜想1 会发生什么现象 猜想2 如果增大入射角 又会发生什么现象 玻璃全反射视频 实验 猜想1 会发生什么现象 猜想2 如果增大入射角 又会发生什么现象 玻璃全反射视频 实验 猜想1 会发生什么现象 猜想2 如果增大入射角 又会发生什么现象 玻璃全反射视频 演示实验 1 光在两种介质分界面的时候可能同时发生反射和折射现象 2 入射光线最亮 反射和折射亮度在变化 能量 3 当入射角增大到一定程度的时候 折射光线消失 入射光线全部反射回介质 光由一种介质射到另一介质时 光线不发生折射 而全部返回到原介质中继续传播的现象叫全反射现象 思考 是否只有从玻璃射到空气界面时才能发生全反射呢 全反射现象 从以上实验中 我们可以得到什么结论呢 在什么情况下发生了全反射 1光从玻璃 或水 入射到空气中2入射角要大于或等于某个值 1 全反射 光线从光密介质到光疏介质时 当入射角增大到某一角度 折射角达到90 折射光线完全消失的现象 二 全反射的条件 说明 1 能量分配 E入 E反 E折 3 入射角大于或等于某一临界值 折射角为90 时才能发生上述现象 2 现象发生在光密介质到光疏介质 如果光从光疏介质到光密介质不能发生上述现象 2 临界角 光从光密介质射到光疏介质时 折射角变成90 时的入射角叫临界角 用字母C表示 3 发生全反射的条件 入射角等于或大于临界角 光线从光密介质到光疏介质 四 临界角 光从光密介质进入光疏介质时 折射角变成90度时的入射角 用C表示 四 临界角 C 四 临界角 1 我们把光从某种介质射向真空或空气时使折射角变为90 时的入射角 称作这种介质的临界角 2 公式 注意此公式只适用于从某种介质射向真空或空气 其中n为介质的折射率 临界角的计算 当光线从介质进入真空或空气时 由于临界角C是折射角等于90 时的入射角 根据光路可逆性和折射定律 因而 或 例1 光由折射率分别为n1 1 33的水和n2 的玻璃射向空气时的临界角各是多大 解析 由临界角公式sinC 可得水的临界角C1 玻璃的临界角C2 例2 光在某种介质中的传播 介质的折射率为2 若要使光从此介质射向真空时发生全反射 则入射角不可能的值是 150B 300C 450D 600 A 例3某介质的折射率为 一束光从介质射向空气 入射角为60 如图1所示的哪个光路图是正确的 D 例4 如图2所示 一束光线从空气射入某介质 入射光线与反射光线夹角为90 折射光线与入射光线延长线间夹角为15 求 1 该介质的折射率 2 光在该介质中传播的速度 3 当光从介质射入空气时的临界角 例5 劣质的玻璃中往往含有气泡 这些空气泡看上去比较亮 对这一现象有下列不同的解释 其中正确的是 A空气泡对光线有聚集作用 因而较亮 B 空气泡对光线有发散作用 因而较亮 C 从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分发生全反射 因而较亮 D 从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分发生全反射 因而较亮 D 水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮 原因是 光从水或玻璃射向气泡时 一部分光在分界面上发生了全反射 例6 如图所示 介质 为空气 介质 的折射率为 下列说法中正确的是 A 光线a b都不能发生全反射B 光线a b都能发生全反射C 光线a发生全反射 光线b不发生全反射D 光线a不发生全反射 光线b发生全反射 C 例7 在水中的鱼看来 水面上和岸上的所有景物 都出现在顶角约为97 6 的倒立圆锥里 为什么 你能想象一下 从水里看到的水面上景物是什么样的吗 所有水面上的景物在什么范围内 在倒立圆锥里 练习题1 水的折射率为n 距水面深度为h处有一点光源 岸上的人看见水面被点光源照亮的圆形区域的直径多大 h 设临界角为C 有 即 故圆形区域的直径为 2 已知水的折射率为 在水面下放一个强点光源S 则可在水面上看到一个圆形透光面 如果这个透光面的直径D为4m 求光源离水面的距离H 解析 在水面上看到的圆形透光面 是水面下点光源发出的光穿过水面进入空气而形成的 如果水中点光源发出的光射向水面时 入射角大于等于临界角 这些光线将发生全反射 则光不能穿过水面 如图19 3 4所示 点光源S发出的光线SA SB到达水面时 恰好发生全反射 C是临界角 在AB区域内有光射入空气 由几何关系可知 而 所以 3如图 n 1 52 求视野角度 书53页第5题 分析知最大折射角 求最大入射角 要使外界1800范围景物全部被观察到 应嵌入折射率多大的玻砖 2 103 12 n 1 94 4 在图中 ABC是一块玻璃直角三棱镜的主截面 折射率n 1 5 当一束光垂直于BC面射到棱镜上时 画出在各个面上反射 折射的光路图 1 光线垂直BC射入 部分原路返回 部分方向不变射到AC上 2 入射角为i 300 arcsin2 3发生反射和折射 600 发生全反射 5 2010 新课标全国卷 如图所示 一个三棱镜的截面为等腰直角 ABC A为直角 此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边 进入棱镜后直接射到AC边上 并刚好能发生全反射 该棱镜材料的折射率为 填入正确选项前的字母 五 全反射的应用实例 1 光导纤维 光导纤维视频 光导纤维内芯的折射率大于外层的折射率 1 光导纤维 五 全反射的应用实例 1 光导纤维 光纤通讯 四 全反射的应用实例 光导纤维的用途非常广泛 在医学上可用光导纤维窥视人体内部的情况 或把体内的病变情况用光导纤维传送出图像 供医生直接观察或拍出照片以作进一步的研究 如果把能量足够大的激光通过光导纤维传输到人体内 还可以用激光在体内作外科手术或制止内出血 如治疗胃溃疡病人的内出血等 用激光和光导纤维进行光纤通信 是光纤应用的一个重要方面 已取得了重大的成就 光纤通信的优点很多 第一 光纤的能量损耗低 第二 光纤是电介质 绝缘性能好 不担心被雷击 并能抗电磁干扰 可在有较强电磁干扰的环境中使用 第三 光纤体积小 质量小 易弯曲 可组成各种光缆 便于敷设和维护 由于光纤通信有上述优点 在短短的几十年间已得到迅速发展 我国的北京 天津 南京 上海 武汉 广州 沈阳 哈尔滨等大城市间均有了光纤通信 并且通信的范围还在迅速扩大中 内窥镜的结构 光导纤维在医学上的应用 如一透明塑料棒的折射率为n 光线由棒的一端面射入 当入射角i在一定范围内变化时 光将全部从另一端面射出 当入射角i满足什么条件时 光在棒的内侧面恰好发生全反射 由图可知 光在左端面折射时的折射角r 由折射定律得 故有 所以只要 光将全部从右端面射出 若上述直纤维棒长L 从另一端射出所需最长时间多少 分析 所需时间最长 则路程最长 即入射光线AB最长 入射角为临界角C即发生全反射 光才能全部从另一端射出 多次全反射和一次全反射计算结果同 只不过分成若干段 解 设一次全反射时路程S 2AB 2 0 5L SinC nL 光在纤维中的速度v c n 最长时间t S V n2L C 当光线由AB面垂直入射时 横截面是等腰直角三角形的棱镜 当光线由AC面垂直入射时 变化90 变化180 A B C C B A 在AC面发生全反射 垂直由BC面出射 在AB BC面发生两次全反射 垂直由AC面出射 2 全反射棱镜 五 全反射的应用实例 当光线由AB面垂直入射时 横截面是等腰直角三角形的棱镜 当光线由AC面垂直入射时 变化90 变化180 A B C C B A 在AC面发生全反射 垂直由BC面出射 在AB BC面发生两次全反射 垂直由AC面出射 2 全反射棱镜 五 全反射的应用实例 2 全反射棱镜 五 全反射的应用实例 在光学仪器里 常用全反射棱镜来代替平面镜 改变光的传播方向 望远镜为了提高倍数 镜筒要很长 通过使用全反射棱镜能够缩短镜筒的长度 2 全反射棱镜 五 全反射的应用实例 一般的平面镜都是在玻璃的后面镀银 但是银面容易脱落 因此对于精密的光学仪器 如照相机 望远镜 显微镜等 就需要用全反射棱镜代替平面镜 与平面镜相比 它的反射率高 几乎可达100 2 全反射棱镜 五 全反射的应用实例 3 海市蜃楼 五 全反射的应用实例 应用3 海市蜃楼 中新网2004年3月16日电 北京时间10时30分 在北海道海域某海峡上空 观测到了船悬于半空的海市蜃楼奇观 5 蜃景 的解释 所谓蜃景 不过是光在密度分布不均匀的空气中传播时所产生的全反射现象罢了 我们知道 在气压恒定时 空气密度随温度的升高而减少 对光的折射率也随之减少 现象一解释 夏天 阳光照到沙漠 使贴近底面的空气比上层的空气还要热 因而折射率比上层的空气要小 远处物体发出的光线 在射向地面时 进入稀薄的热气层 不断被折射 入射角逐渐增大 当光线的入射角增大到临界角时 就发生全反射现象 人们就会看到沙漠中远处景物倒立的像 现象二解释 夏天 海面上空气的温度比空中低 空气的折射率下层比上层大 我们可以粗略地把空气看做是由许多水平的气层组成的 各层的密度都不相同 远处的楼阁 船舶 山峰发出的光线射向空中 不断被折射 越来越偏离法线方向 进入热气层的入射角越来越增大 当光线的入射角增大到临界角时 就发生全反射现象 人们就会看到远方的景物悬在空中 现象解释 夏天 海面上空气的温度比空中低 空气的折射率下层比上层大 我们可以粗略地把空气看做是由许多水平的气层组成的 各层的密度都不相同 远处的楼阁 船舶 山峰发出的光线射向空中 不断被折射 越来越偏离法线方向 进入热气层的入射角越来越增大 当光线的入射角增大到临界角时 就发生全反射现象 人们就会看到远方的景物悬在空中 现象解释 夏天 阳光照到沙漠 使贴近底面的空气比上层的空气还要热 因而折射率比上层的空气要小 远处物体发出的光线 在射向地面时 进入稀薄的热气层 不断被折射 入射角逐渐增大 当光线的入射角增大到临界角时 就发生全反射现象 人们就会看