4.3光的反射.ppt

1、3 光的全反射,1.知道什么是光疏介质，什么是光密介质. 2.理解光的全反射. 3.理解临界角的概念，能判断是否发生全反射，并能解决有关的问题. 4.知道光导纤维及其应用.,重点：1.理解全反射的条件. 2.临界角的概念及应用. 难点：临界角概念、临界条件时的光路图及解题.,一、光疏介质和光密介质,光在其中传播速度较大的介质，即折射率较小的介质,光在其中传播速度较小的介质，即折射率较大的介质,(1)光从光疏介质射入光密介质时,折射角 小于入射角 (2)光从光密介质射入光疏介质时,折射角大于入射角,【判一判】 (1)某些介质一定是光密介质，某些介质一定是光疏介质.( ) (2)密度大的介质一定是

2、光密介质.( ) (3)光在光密介质中传播的速度小.( ) 提示：(1)光疏介质和光密介质是相对的，并不是确定的，所 以(1)错误； (2)密度与光疏介质和光密介质没有决定关系，密度大的介质 不一定是光密介质，所以(2)错误； (3)由v= 可知：光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中 要小，所以(3)正确.,二、全反射现象 1.全反射及临界角的概念 (1)全反射：光从光密介质射到光疏介质的界面时，全部被 _原介质的现象叫做全反射. (2)临界角：光从某种介质射向真空或空气时使折射角变为 90时的_，用字母C表示. 2.发生全反射的条件 (1)光从_介质射入_介质. (2)入射角_临界角. 3

3、.临界角与折射率的关系：光由介质射入空气(真空)时， _.,反射回,入射角,光密,光疏,等于或大于,【判一判】(1)发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非 常弱.( ) (2)光从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象. ( ) (3)光从光疏介质射向光密介质时，可能发生全反射现象. ( ) 提示：发生全反射时折射光线的能量为零，折射光线消失. 所以(1)错误；发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介 质，且入射角大于或等于临界角，二者缺一不可，所以(2)、 (3)错误.,三、光导纤维 1.光导纤维的原理 利用了_的原理. 2.光导纤维的构造：光导纤维是由一根极细的玻璃丝，直径约 有几

4、微米到100微米不等，由两种折射率不同的玻璃制成，分 内层和外层，内层的折射率比外层的折射率_，当光在光纤 内传播时，会在两层玻璃的界面上发生_，通过一系列 的全反射，光就沿着弯弯曲曲的光纤从一端传到另一端.,全反射,大,全反射,3.光导纤维的应用 (1)制成医学上常用的内窥镜. (2)实现光纤通信. 4.光纤通信的优点：容量大、衰减小、抗干扰能力强、传输速率高.,【想一想】金属导线断裂后，可以将断开的两段导线用打结的方式接起来，仍可以使用，若光导纤维发生断裂，能否像金属导线那样用打结的方法修复？ 提示：不能.光在光导纤维内发生全反射时，才能向前传播而不泄漏出去，断开后通过打结的方式修复时，不

5、能让光从断开的一端进入另一端，光信号也就无法向前传到下一段光纤中，故不能用这种方式修复.,全反射的理解 【探究导引】 根据下面提供的情景，回答以下问题： (1)比较两个光路图的入射角和折射角有什么特点？ (2)光在入射到空气和水的交界面处时，光是不是全部进入水中继续传播呢？ (3)光是不是一定从水中射出呢？,【要点整合】 1.理解光疏介质与光密介质 (1)光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对的意义. (2)光从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角；反 之，光从光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角. (3)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.例如，酒精的密度比

6、水小，但酒精和水相比酒精是光密 介质. (4)由 可知：光在光密介质中的传播速度比在光疏介质 中要小.,2.有关全反射的计算 (1)在处理光的全反射中折射率、临界角、波速、波长、频率 等相关物理量的关系时，注意光从一种介质进入另一种介质 时，频率是不变的，利用临界角公式 ，折射率与波 速关系 ，波速与波长的关系 ，综合进行比较得 出. (2)在画光的折射的光路图时，一定要注意是否满足发生全反 射的条件，即入射角大于等于临界角和光从光密介质射入光疏 介质，光路图中则没有折射光线，只有入射光线和反射光线， 此时若画出折射光线则是错误的.,(3)在分析有关全反射现象的问题时，关键是抓住发生全反射的条

7、件：光由光密介质射向光疏介质.入射角大于等于临界角，应用时应注意运用几何知识分析计算临界角. (4)全反射现象中的能量分配关系 折射角随着入射角的增大而增大，折射角增大的同时，折射光线的强度减弱，即折射光线的能量减小，亮度减弱，而反射光线的强度增强，能量增大，亮度增加. 当入射角增大到某一角度时(即临界角)，折射光能量减弱到零(即折射角为90)，入射光的能量全部反射回来，这就是全反射现象.,【特别提醒】(1)光疏介质、光密介质是对确定的两种介质而言的,只有一种介质时,无法确定它是光疏介质还是光密介质. (2)当光发生全反射时,仍遵循光的反射定律及光的可逆性.,【典例1】 (2012潍坊高二检测

8、)有人在河中游泳，头部露出水面，在某一位置当他低头向水中观察时，看到河底有一静止物体跟他眼睛正好在同一竖直线上，这个人再向前游12 m，正好不能看见此物体，求河深.(水的折射率为4/3) 【思路点拨】解答本题应注意以下两点：,【规范解答】如图所示，由题意知C为临界角， 则 由图可得 联立得： 解得h10.6 m 答案：10.6 m,【总结提升】应用全反射解决实际问题的基本方法 (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 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

9、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.,【变式训练】abc为一全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，如图所示.一束白光垂直入射到ac面上，在曲面上发生全反射，若光线入射点O的位置保持不变，改变光线的入射方向(不考虑自bc面反射的光线)则 (1)使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射在ab面，则哪种光首先射出? (2)使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，哪种光首先射出ab面?,【解析】不论入射光顺时针还是逆时针绕O点旋转，只要分析清楚在ab面上各色光的入射角的变化情况，若入射角小于临界角则不能发生全反射，从而射出. (1)白光垂直入射a

10、c面后直射到ab面，入射角为45，发生全反射说明棱镜的临界角C45，这是对从红光到紫光的所有色光说的.当入射光顺时针偏转时，在ac面上发生色散，不同色光折射率不同，红光偏折小，紫光偏折大，如图所示，射到ab面上时红光入射角小，紫光入射角大，但它们都小于45，另一方面，棱镜对红光的临界角比紫光的临界角大.因此，,入射光顺时针逐渐偏转时，在ab面上红光的入射角将首先小于临界角而射出ab面. (2)如果入射光逆时针偏转，则经ab面上的红光、紫光的入射角都大于45，都发生全反射而不可能从ab面射出. 答案：(1)红光 (2)没有光从ab射出,【变式备选】关于全反射，下列说法中正确的是( ) A.发生全

11、反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线 B.光从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象 C.光从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射现象 D.水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生了全反射 【解析】选C、D.全反射发生的条件是光从光密介质射向光疏介质,且入射角大于或等于临界角.发生全反射时全部光线均不进入光疏介质,故C、D正确,A、B错误.,全反射的应用 【探究导引】 如图所示，自行车后有尾灯，它虽然本身不发光，但在夜间行驶时，从后面开来的汽车发出的强光照在尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前

12、面有自行车.那么确切来说自行车的尾灯采用了什么原理?,【要点整合】 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：,(1)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. (2)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 (1)光纤原理：“光纤通信”就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，由内层和外层两层组成.内层的折射率比外层的大，光传播时在内层与外层的界面上发生全反射，使反射光的能量最强，实现远距离传

13、送.因此，光信号能携带着数码信息、电视图像、声音等信号沿着光纤传输到很远的地方，实现光纤通信.如图所示.,(2)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.,(3)光导纤维的折射率 设光导纤维的折射率为n,当入射角为1时，进入端面的 折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图所示，则有： ， ，C+2=90，由以上各式可 得： .,由图可知：当1增大时，2增大，而从

14、纤维射向空气中光线的入射角减小，当1=90时，若=C，则所有进入纤维中的光线都能发生全反射，即解得n= ，以上是光从纤维射向真空时得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比 大些.,【特别提醒】分析光的全反射问题,关键是根据临界条件画出 恰好发生全反射的光路图,再利用几何知识分析边角关系.比 较其他光线是否发生全反射,同时结合临界角与折射率的关系 解决.,【典例2】 (2011海南高考)一赛艇停在平静的水面上， 赛 艇前端有一标记P离水面的高度为h1=0.6 m，尾部下端Q略高于 水面；赛艇正前方离赛艇前端s1=0.8 m处有一浮标，示意如图. 一潜水员在

15、浮标前方s2=3.0 m处下潜到深度为h2=4.0 m时，看 到标记刚好被浮标挡住，此处看不到船尾端Q；继续下潜 h=4.0 m，恰好能看见Q.求： (1)水的折射率n； (2)赛艇的长度l.(可用根式表示),【思路点拨】解答本题时可按以下思路分析：,【规范解答】(1)如图所示，,(2)刚好看到Q点时的光路图如图所示. x=s1+s2+l y=h2+h 联立以上方程解得 l= 答案：(1) (2),【变式训练】(2012新课标全国卷)一玻璃立方体中心有一点状光源.今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜,以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体.已知该玻璃的折射率为2,求镀膜的面积与立方体表

16、面积之比的最小值. 【解析】将题所描述的光现象的立体图 转化为平面图，考虑从玻璃立方体中心O 发出的一条光线，假设它斜射到玻璃立方 体上表面发生折射，如图所示，根据折 射定律有 nsin=sin ,式中，n是玻璃的折射率，入射角等于，是折射角. 现假设A点是上表面表面积最小的不透明薄膜边缘上的一点.由 题意，在A点刚好发生全反射，故 设线段OA在立方体上表面的投影长为RA，由几何关系有 式中a为玻璃立方体的边长.由式得 ,由题给数据得 由题意，上表面所镀的面积最小的不透明薄膜应是以RA为半径的圆.所求的镀膜面积S与玻璃立方体的表面积S之比为 由得 答案：,【温馨提示】解决全反射问题的关键是准确

17、地作出光路图，熟练地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，而忽略了光在介质中的传播方向.,【典例】在清澈平静的水底，抬头向上观察，会看到一个十分 有趣的现象： (1)水面外的景物(蓝天、白云、树木、房屋)，都呈现在顶角 = 97的倒立圆锥底面的“洞”内； (2)“洞”外是水底的景象； (3)“洞”边呈现彩色，且七色的顺序为内紫外红. 试分析上述水下观天的奇异现象.(水的折射率为 ),【思路点拨】解答本题应把握以下两点： 【规范解答】水面外的景物射向水面的光线，凡入射角0i 90时，都能折射入水中被人观察到(如图所示).根据折射定 律，在i=

18、90的临界条件下 ， ， r= 48.5.,这样倒圆锥的顶角=2r=97 水底发出的光经过水面反射也可以进入观察者的眼中，但是由于“洞”内有很强的折射光，所以只有在“洞”外才能看到水底景物经水面的反射光，也就是在“洞”外看到水底景象.如图所示.,光线从空气中折射入水中，要产生色散现象：红光的折射率最小，偏向角最小.紫光的折射率最大，偏向角最大.因为眼睛感觉光线是沿直线传播的，所以从水中看到的彩色“洞”边是内紫外红. 答案：见规范解答,光在棱镜中传播时应注意的三个问题 1.不同的色光在同一介质中的折射率是不同的,红光的折射率最小,紫光的折射率最大. 2.当白光射入棱镜时,由于各色光的折射率不同,当光进入棱镜后偏转的角度也不相同,红光的偏转角度小,紫光的偏转角度大,所以当复色光进入棱镜时会发生色散. 3.当色散后的各色光到达棱镜的另一个反射面时,它们的入射角就不相同了,有些色光的入射角大于它的临界角,此时色光就会发生全反射.,【案例展示】如图所示，一束白光从顶角为