4.2 全反射（课件）-2024-2025学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第一册）

第四章：第2节 全反射 高中物理选择性必修第一册 主讲老师：陈庆威 目录 CONTENT 高中物理选择性必修第一册 全反射 全反射棱镜 光导纤维 学以致用 新课引入 00. 高中物理选择性必修第一册 水中的气泡和叶子上的露珠看起来特别明亮，这又是为什么呢？ 全反射 第一部分 光疏介质和光密介质 01. 高中物理选择性必修第一册 1.光疏介质：折射率较小的介质（光在光疏介质中传播速度相对较大）。 2.光密介质：折射率较大的介质（光在光密介质中传播速度相对较小）。 特别提醒： 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。如酒精的密度比水小,但酒精和水相比,酒精是光密介质。 高中物理选择性必修第一册 3.光疏介质与光密介质是相对的 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断谁是光疏介质或光密介质。如水、水晶和金刚石三种物质相比较，水晶对水来说是光密介质，对金刚石来说则是光疏介质。 4.光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的小n=。 光疏介质和光密介质的理解 02. 高中物理选择性必修第一册 折射角、入射角与介质 03. 5.折射角与入射角：光由光疏介质射入光密介质，折射角小于入射角。光由光密介质射入光疏介质，折射角大于入射角。 O 空气 水 光疏介质 光密介质 思考：光由光密介质进入光疏介质时，如果入射角不断增大，使折射角增大到90º 时，会出现什么现象？ O 光疏介质 光密介质 空气 水 高中物理选择性必修第一册 实验与观察 04. 现象：随着入射角的逐渐增大的过程中，折射角逐渐增大 ；折射光线亮度逐渐减弱；反射角逐渐增大；反射光线亮度逐渐增强；当入射角增大到某一角度时，折射光线消失，所有光线全部反射。 全反射 05. 高中物理选择性必修第一册 全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，入射角逐渐增大到某一角度，光线全部被反射回原光密介质的现象。 临界角：当光从光密介质射入光疏介质时，折射角等于900角时的入射角叫做临界角。用C表示。 玻璃 空气 发生全反射的条件 06. 高中物理选择性必修第一册 1.光从光密介质射入光疏介质； 2.入射角等于或大于临界角； 临界角C的大小由折射率可得： 玻璃 空气 临界角的正弦值： 思考与拓展 07. 高中物理选择性必修第一册 由于不同介质的折射率不同，在光从介质射入空气（真空）时，发生全反射的临界角是不一样的。怎样计算光从折射率为 n 的某种介质射入空气（真空）发生全反射时的临界角 C ？ 计算时可以先考虑图示的情形——光以接近 90°的入射角从空气射入介质，求出这时的折射角。根据光路可逆的道理，也就知道光从介质射入空气时发生全反射的临界角了。 不同介质的临界角 08. 高中物理选择性必修第一册 介质 水 玻璃 金刚石 折射率n 1.33 1.5~1.9 n＝2.42 临界角C 48.8 ° 32 °~ 42 ° 24.4 ° 教材例题 09. 高中物理选择性必修第一册 在潜水员看来，岸上的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？ 【解析】由公式 和水的折射率 n＝1.33，可求得临界角 设圆锥的顶角为α，则有α＝2C＝97.6°即圆锥的顶角为97.6°。 全反射棱镜 第二部分 全反射棱镜 01. 高中物理选择性必修第一册 全反射棱镜：玻璃棱镜的截面为等腰直角三角形，当光从图中所示的方向射入玻璃时，由于光的方向与玻璃面垂直，光线不发生偏折。但在玻璃内部，光射向玻璃与空气的界面时，入射角大于临界角，发生全反射。 与平面镜相比，它的反射率高，几乎可达 100%。这种棱镜在光学仪器中可用来改变光的方向。 高中物理选择性必修第一册 全反射棱镜光路 02. 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． 高中物理选择性必修第一册 双筒望远镜中的全反射棱镜 全反射棱镜的应用 03. 高中物理选择性必修第一册 自行车尾灯 全反射棱镜的应用 04. 高中物理选择性必修第一册 潜望镜 全反射棱镜的应用 05. 光导纤维 第三部分 观察与思考 01. 高中物理选择性必修第一册 如图,激光笔发出的光射入一根弯曲的有机玻璃棒的一端，观察光传播的路径有什么特点。 观察光在弯曲的有机玻璃棒中的传播路径 当光在有机玻璃棒内传播时，如果从有机玻璃射向空气的入射角大于临界角，光会发生全反射，于是光在有机玻璃棒内沿着锯齿形路线传播。这就是光导纤维导光的原理。 高中物理选择性必修第一册 实用光导纤维的直径只有几微米到一百微米。因为很细，一定程度上可以弯折。它由内芯和外套两层组成，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。 光导纤维 02. 光导纤维应用1——内窥镜 03. 高中物理选择性必修第一册 如果把光导纤维聚集成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图像就可以从一端传到另一端（图 1）。 医学上用这种光纤制成内窥镜（图 2）用来检查人体胃、肠、气管等脏器的内部。 实际的内窥镜装有两组光纤，一组把光传送到人体内部进行照明，另一组把体内的图像传出供医生观察。 图2 图1 高中物理选择性必修第一册 光纤通信的主要优点： 容量大、衰减小、抗干扰性强。 光纤 光导纤维应用2——光纤通信 04. 光也可以像无线电波那样，作为载体来传递信息。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，就可以传到千里以外的另一端，实现光纤通信。 高中物理选择性必修第一册 将塑料瓶下侧开一个小孔，瓶中灌入清水，水就从小孔流出。用激光水平射向塑料瓶小孔（图激光可由激光笔产生），观察光的传播路径。 水流导光 做一做——水流导光 05. 水流导光实验演示 06. 高中物理选择性必修第一册 学以致用 第四部分 问题与思考 01. 高中物理选择性必修第一册 思考1：水中的鱼看水面和岸上的景物，是一种什么体验呢？ 水的折射率为1.33 所以C=48.80 则有圆锥顶角θ=2C=97.60 结论：水中的一切生物看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。 光的反射 02. 高中物理选择性必修第一册 结论：光从水中射向空气时，一部分光在分界面上发生了全反射。 思考2：草叶上露珠特别明亮，为什么？ 光的反射 03. 高中物理选择性必修第一册 思考3：海市蜃景和沙漠蜃景有区别吗？ 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，从而形成一具有折射率梯度的空气层.当光线通过此空气层时，将发生偏折. 1.上现蜃景——海市蜃楼 2.下现蜃景——沙漠蜃景 在沙漠里，白天沙石被太阳晒得灼热，接近沙层的气温升高极快。由于空气不善于传热，所以在无风的时候，空气上下层间的热量交换极小，遂使下热上冷的气温垂直差异非常显著，并导致下层空气密度反而比上层小的反常现象. 课堂小结 第五部分 课堂小结 高中物理选择性必修第一册 光疏光密 全反射 应用 折射率较小的介质称为光疏介质； 折射率较大的介质称为光密介质。 全反射发生的条件:① 光从光密介质进入光疏介质;②入射角等于或大于临界角. 全反射棱镜、光导纤维 全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，入射角逐渐增大到某一角度，光线全部被反射回原光密介质的现象。 THANKS cqw (c) - Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.4.17 $$