4.2全反射 课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

4.2 全反射 第四章 光 人教版（2019）选修 第一册 1.知道光密介质、光疏介质的概念，认识光的全反射现象及发生条件。 2.知道全反射棱镜及其应用 3.初步了解光导纤维的工作原理及光纤技术对社会经济生活的重大影响。 学习目标 水中的气泡看上去特别明亮，这是为什么？ 你对显得特别亮的条件有什么猜想？ 思考： 建立概念：光密介质与光疏介质 光疏介质：折射率较小的介质 光密介质：折射率较大的介质 相对性 o 空气 物质 折射率 水 1.33 酒精 1.36 油 1.58 水晶 1.55 玻璃 1.5-1.8 金刚石 2.42 想一想：密度大的介质，一定是光密介质吗？ o 空气 为了证明我们的猜想，需要先建立几个概念 一、全反射 空气 θ2 θ1 玻璃 光疏介质 光密介质 实例分析：光从光密介质射向光疏介质 ①如果入射角增大，折射角和入射角哪个先增大到90°？ ②如果一直增大入射角会出现什么现象？ ③如果是从光疏介质射向光密介质又将如何？ 思考： 器材：半圆形玻璃砖等 演示：观察全反射现象 光密介质 光疏介质 观察：随着入射角逐渐增大发生的现象 ●折射角怎样变化？ 折射光亮度怎样变化？ ●当入射角增大到某一角度、折射角 达到900时，折射光情况如何？ ●继续增大入射角，情况又如何？ 请观察 2.计算临界角 当光从光密介质进入光疏介质时，折射角等于900，折射光完全消失，入射光全部返回原来的介质中，这种现象叫做全反射。 此时，入射角称为临界角，用字母 C 表示。 1.建立概念——全反射 临界角的正弦值与介质的折射率成反比。介质的折射率越大，临界角越小。 临界角C 当光由某种介质射入真空或空气时: 空气 玻璃 C 请思考 是否只有玻璃才能发生全反射呢？ 光从空气中射向水中会发生全反射吗？ 光从玻璃中射向水中会发生全反射吗？ 物质 折射率 水 1.33 玻璃 1.5-1.8 空气 玻璃 C N 临界角C 大于C 空气 玻璃 空气 玻璃 3.全反射条件 ⑵入射角等于或大于临界角。 ⑴光从光密介质射入光疏介质； 自然现象1 光疏介质 光密介质 水中的气泡看上去特别明亮 晶莹剔透的露珠 ： 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. 自然现象2：海市蜃楼和沙漠蜃景 自然现象3： 炎热的夏天柏油路面有时看起来特别明亮 贴近热路面附近的空气层比上层空气的折射率小， 远处物体射向路面的部分光线发生了全反射 池塘的水面下一定深度有一个点光源，从水面上方观察，会看到什么现象？ 例题1 在潜水员看来，岸上所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，为什么？这个圆锥的顶角是多大(水的折射率n＝1.33)? 设圆锥的顶角为α，则有α＝2C＝97.6° 即圆锥的顶角为97.6°. 研究的问题： ⑴条件分析 总结：求解全反射问题的思路 ⑶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，从而进行动态分析或定量计算。 关键：确定光线在什么位置时入射角等于临界角。 ⑵画临界光路 ●在界面上，明确光是否从光密介质射入光疏介质。 ●计算临界角，确认是否会发生全反射。 若发生全反射，画出入射角等于临界角的“临界光路”。 进行动态分析（如：光线照射的范围）或定量计算。 13 θ A B C A B C ⑵光线由AC面垂直入射 在AB、BC面发生两次全反射，垂直于AC面出射。 光的传播方向变化180° ⑴光线由AB面垂直入射 光的传播方向变化90° 在AC面发生全反射，垂直于BC面出射。 1.分析：当光线以下列两种方式入射时会发生什么现象？ 二、全反射棱镜 ⑴什么是全发射棱镜？ ⑵这种形状棱镜为什么称为全发射棱镜？ ⑶可以应用全反射棱镜哪些方面的特点？ 各种玻璃的临界角为32°～42° 二、全反射棱镜 横截面：等腰直角三角形 反射率高，几乎可以达到100﹪ ●改变光的方向 ●提高反射率 2.认识全反射棱镜 演示：全反射棱镜 自行车尾灯 双筒望远镜 潜望镜 例题2 导与练129页 光导纤维是非常细的玻璃丝，由内芯与外套两层组成，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。 2.传播原理： 三、光导纤维 ●传播原理是什么？ ●光导纤维的结构是怎样的？ 全反射 1.结构 医用内窥镜 例题3 导与练130页 [例3] 一段长为L的直线光导纤维的内芯如图所示,一单色光从左端面射入光纤,已知光纤对该单色光的折射率为n,光在真空中传播速度大小为c。 (1)求该单色光在光纤中传播的最短时间; 思考：水流导光的原理是什么？ 做一做：水流导光 全反射 光疏介质与 光密介质 全反射发生的条件 临界角 全反射的应用 折射率较小的介质称为光疏介质