人教版物理选修3-4第十三章 光第二节

第十三章,2全反射,学习目标1.知道什么是光疏介质和光密介质，理解它们具有相对性.2.理解全反射现象，掌握临界角的概念和全反射的条件.3.利用全反射条件，应用临界角公式解答相关问题.4.了解全反射棱镜和光导纤维.,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,知识探究,一、全反射,如图1，让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上.逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化.,答案,图1,(1)在入射角逐渐增大时，折射角的大小如何变化？,答案逐渐增大入射角，会看到折射光线离法线越来越远，折射角逐渐增大.,答案,(2)在入射角逐渐增大时，反射光线和折射光线的亮度如何变化？,答案折射光线越来越弱，反射光线越来越强.当入射角增大到某一角度，使折射角达到90时，折射光线完全消失，只剩下反射光线.,(3)折射界面两侧的介质的折射率有何不同？,答案入射侧介质的折射率较大，折射侧介质的折射率较小.,对全反射的理解1.光疏介质和光密介质两种介质相比较，折射率较的介质叫光密介质，折射率较的介质叫光疏介质.任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判定谁是光疏介质或光密介质.,大,小,2.全反射现象(1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射.若入射角增大到某一角度，光线完全消失，只剩下光线的现象.(2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于时的入射角.用字母C表示，sinC.(3)全反射发生的条件光从介质射入介质.入射角临界角.,折射,反射,90,光密,光疏,大于或等于,判断下列说法的正误.(1)光发生全反射时，折射光线消失，只剩下反射光线.()(2)光从一种介质进入另一种介质时，只要入射角足够大就一定会发生全反射现象.()(3)只有光由光密介质进入光疏介质时，一定会发生全反射现象.()(4)折射率大的介质就是光密介质.()(5)光由介质进入空气，介质的折射率越大，临界角越小.()(6)光发生全反射时，依然遵守反射定律.(),二、全反射棱镜,如图2所示，已知玻璃的折射率为1.5，甲图中当光线垂直BC面入射时，光线到达AC面的入射角是多少？能否发生全反射？乙图中当光线垂直AC面入射时，光线到达AB面的入射角是多少？能否发生全反射？,答案,答案45能发生全反射45能发生全反射,图2,判断下列说法的正误.(1)制作全反射棱镜的材料的折射率一定大于.()(2)全反射棱镜可以使光线传播的方向改变180.()(3)全反射棱镜可以使光线传播的方向改变90.()(4)用任意一种材料制作的等腰直角三棱镜都是全反射棱镜.()(5)全反射棱镜和平面镜相比，反射光比入射光能量损失要小.(),三、光导纤维,如图3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？,图3,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,光导纤维的原理及应用1.光导纤维由折射率较的玻璃内芯和折射率较的外层透明介质组成.当光在玻璃棒内传播时，如果从玻璃射向的入射角临界角，光会发生全反射，于是光在玻璃棒内沿着路线传播.2.光纤通信利用了光的原理，它的优点是容量、衰减、抗干扰能力强等.3.光导纤维的应用：(1)内窥镜；(2)光纤通信.,高,低,空气,大于,锯齿形,全反射,大,小,判断下列说法的正误.(1)光纤通信是利用光作为载体来传递信息.()(2)光导纤维传递光信号是利用光的直线传播的原理.()(3)光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理.()(4)光在光导纤维中的传播的速度小于光在真空中的光速c.()(5)光导纤维内芯的折射率大于外套的折射率，光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射.(),题型探究,一、对全反射的理解,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)若光由光密介质进入光疏介质时，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1(多选)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,解析,答案,图4,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，则光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度大,解析三条光线沿着指向圆心的方向由空气射向玻璃砖，在玻璃砖界面，它们的入射角为零，均不会偏折.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D对.,1.光的反射和全反射均遵循光的反射定律，光路均是可逆的.2.光线射向两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射.入射角等于临界角时，折射角等于90，实际上已经没有折射光线了.,例2一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯，图5为过轴线的截面图，调整入射角，使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,答案,图5,针对训练如图6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；,解析,答案,解析由反射定律可知，由于90，故入射角45；由图可知r45，由于15，故折射角r30，所以该介质的折射率n.,图6,(2)光在该介质中传播的速度；,解析,答案,答案2.12108m/s,(3)光从该介质射入空气时的临界角.,解析,答案,答案45,解析光从该介质射入空气时临界角的正弦值,应用全反射解决实际问题的解题要点(1)把握“恰好全反射”“刚好全反射”所暗示的信息.(2)明确光在介质中的传播速度与真空中光速的关系.,二、全反射的应用,例3如图7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n.(已知光在真空中的传播速度为c),解析,答案,图7,1.发生全反射的条件是光由光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角.2.光导纤维利用了光的全反射，所以内芯的折射率一定大于外套的折射率.,解析,答案,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8所示.方框内有两个折射率n1.5的全反射玻璃棱镜.下列选项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,图8,解析四个选项的光路图如图：,可知B项正确.,达标检测,1.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,答案,1,2,3,解析,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，且由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大.载有声音、图象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.,1,2,3,2.图9表示光线从介质2射入介质1发生全反射的情景，下列说法正确的是A.介质1的折射率大于介质2的折射率，临界角小于B.介质1的折射率大于介质2的折射率，临界角大于C.介质2的折射率大于介质1的折射率，临界角不大于D.介质