光全反射临界角

课题：光的全反射 临界角教学目标 一、知识目标：1、了解光的全反射现象及全反射的应用； 2、理解临界角的意义及发生全反射的条件。二、能力目标：会根据发生全反射的条件判断光在两种介质界面能否发生全反射，并会计算临界角。现象三、素质目标：通过学习全反射现象的应用，培养学生把理论知识和生产技术相结合的能力。教学重点临界角的意义，临界角的计算。难点分析光在两种介质界面能否发生全反射的判断及全反射的光路图。分析学生全反射是学生以前没有接触过的知识。弄不清根据两种介质折射率大小的比较，判断发生全反射的方向。教学设计思路因学生以前没有接触过全反射知识，所以要复习光疏、光密介质的意义，并根据公式n1sin =n2sin 说明光线由光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角，引入课题。再通过演示实验分析发生全反射的条件，总结出全反射规律。教学资源实验仪器：激光器、光具盘。参考资料：蜃景的成因和规律夏天，在气压恒定的海面上，空气密度随高度增加而减小，对光的折射率也随之减小从而形成具有折射率梯度的空气层。当光线通过此空气层时，将发生偏转。如图所示，设一束从远处景物A发出的光线a以入射角由折射率为n处射入空气层。由折射定律有：nsin=n1sin1 (1)n1sin1=n2sin2 (2)联立（1）、（2）式可得：nsin=n2sin2依此类推：nsin=nisini, ABCnn1ni可见，当n、一定时，从下层空气进入上层空气的入射角不断增大，当入射角增大到等于由某两层（ni层和ni+1层）空气的折射率决定的临界角时，就会发生全反射。人在C处逆着C光线看，可看到经全反射形成的倒立虚像；在B处逆着b光线看，也可看到经折射形成的正立虚像。总之。若人在较高处，看到的蜃景是由折射形成的正立虚像；若人在较低处，看到的蜃景是由折射和全反射形成的倒立虚像。 图1 蜃景的成因课时安排1课时教学过程导入新课：复习提问：什么是光疏介质？什么是光密介质？答：1、光疏介质:两种介质中折射率较小的介质叫做光疏介质。2、光密介质:两种介质中折射率较大的介质叫做光密介质。速大角大为光疏，速小角小为光密。师:1、光疏介质、光密介质是相对而言的。只有对给定的两种介质才能谈光疏介质与光密介质。没有绝对的光密介质。例如：水、玻璃和金刚石三种介质比较，n水1.33 n玻璃1.5 n金刚石2.42。 对水而言，玻璃是光密介质；但对金刚石而言，玻璃则是光疏介质。2、光疏介质与光密介质的界定一般是以折射率为依据的,与介质的其它属性(如密度等)无关。例如：水和酒精，n水1.33n酒精1.36，酒精相对于水而言是光密介质，但水酒。根据折射定律公式：n1sin =n2sin，我们可以得出光在折射率大的介质中，光线与法线的夹角小，在折射率小的介质中，光线与法线的夹角大。当光由折射率大的光密介质射入折射率小的光疏介质时，折射角大于入射角，由此可以预料，当入射角增大到一定程度时，折射角就会增大到90。如果入射角再增大，会出现什么现象呢？请看实验。新课教学：演示实验：让光线沿着半圆形玻璃砖的半径射向半圆面上，在半圆面上的入射角为零，光线沿直线射向圆心，在半圆玻璃砖和空气的平面界面上发生反射、折射。转动光具盘，让入射角逐渐增大，我们看到折射角也随着增大，而且折射角总是大于入射角。我们还发现：当入射角逐渐增大时，反射光线也逐渐增强，折射光线逐渐减弱。当入射角增大到某一角度时，折射角接近90，折射光线几乎沿界面前进，而且很微弱。反射光线凡乎和入射光线一样明亮，如果再增大入射角，就看不到折射光线了，只能看到玻璃中的折射光线。即光线全部被反射到玻璃中。入射光线在介质分界面上被全部反射的现象，叫做全反射。折射角等于90时的入射角称为临界角。一、光的全反射1、光的全反射：入射光线在介质分界面上被全部反射的现象，叫做光的全反射。O0空气n2玻璃n12、临界角；折射角等于90时的入射角称为临界角。由以上讨论可见，发生全反射必须具备两个条件：3、发生全反射的条件：(1)光从光密介质射入光疏介质；(2)入射角大于临界角。怎样求出临界角呢？二、临界角计算公式根据临界角的定义，可以求出光从折射率为n1的光密介质进入折射率为n2的光疏介质时的临界角。设入射角为0时，折射角为90，如图所示，由折射定律可得所以由上式可见，光疏介质的折射率n2越小，光密介质的折射率n1越大，发生全反射的临界角越小，即越容易发生全反射。由上式计算出0的正弦值后，查三角函数表得0值，或从计算器上查得0值。当光从折射率为n的某种介质射入真空（空气）时，临界角计算公式为表1-2几种物质对真空(空气)的临界角物质（固体）临界角物质（液体）临界角金 刚 石24.4甘 油42.9二硫化碳38.1酒 精47.3玻 璃30-42水48.6全反射在技术上应用很广，例如用全反射棱镜可制造潜望镜；利用光导纤维传光、传像等.下面我们对光导纤维的构造原理和应用作简略的介绍。三、光导纤维光导纤维的直径比头发丝还细，它由芯线和包层组成，芯线比包层材料的折射率大得多。一般通信光纤的直径约5m10m，芯线的折射率约为1.8，包层材料的折射率约为1.4。1、光导纤维的结构：由芯线和包层组成，芯线比包层材料的折射率大得多。当光在芯线中传播时，在芯线和包层界面上发生全反射，使光在弯曲的光导纤维内经多次全反射而传到另一端，如图所示。2、光导纤维的作用：利用全反射使光沿着弯曲的路经传播。如果把许多有序排列的光导纤维聚集成束，就可以用来传递图像(图1-9)。工业和医学上用光导纤维束制成的内窥镜，可以对机械或人体内部进行检查和诊断。目前光导纤维在国防、通信和自动控制等许多领域里得到日益广泛的应用。国内各大城市及西南、西北等边远地区都已敷设了光纤通信线路。3、光导纤维的应用：光纤通信、传递图像内窥镜、光纤输电。光纤输电 近年来，人们已开始研究用光纤传送电能的问题。这是因为用光纤传输电能相对于传统的用金属导线输电，不仅能大大降低电网的造价，还具有安全可靠、节约有色金属和延长电网使用周期等独特的优点。目前，美国拉里安公司在用光纤输电方面取得突破性成就，原因在于他们对光纤输电中两个难点的突破：(1)在光纤输电的发送端，该公司用激光二极管使电能转化为光能的问题得到解决；(2)在接收端，解决了光能还原为电能的问题。当然，用光纤输电的课题目前仅仅是开始，在科技迅速发展的今天，相信光纤输电将会在不远的将来投入工业使用。例题 已知玻璃的折射率为1.52，水的折射率为1.33，问光线从哪个方向射入，可在玻璃和水的交界面上发生全反射？它的临界角是多大？解 已知：ng=1