4.2 全反射 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第四章 第二节 全反射 高中物理选择性必修第一册 情景引入 全反射 介质 常数 水 1.33 水晶 1.55 金刚石 2.42 对于折射率不同的两种介质，我们把折射率较小的称为光疏介质，折射率较大的称为光密介质。光疏介质与光密介质是相对的，反映介质对同一种光的偏折程度不同。 水晶相对水是光密介质，相对金刚石则是光疏介质。 全反射 光由光疏介质斜射入光密介质（空气斜射入水中）时，折射角小于入射角，逐渐增大入射角，观察现象。 全反射 光由光密介质斜射入光疏介质（玻璃射入空气中）时，折射角大于入射角，逐渐增大入射角，观察现象。 全反射 1、光由光疏介质斜射入光密介质时，折射角小于入射角，逐渐增大入射角，折射角也逐渐增大，但折射光线不会消失。 实验现象： 2、光由光密介质射入光疏介质斜时，折射角大于入射角，逐渐增大入射角，折射光离法线越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强。当入射角增大到某一角度，使折射角达到900时，折射光线完全消失，只剩下反射光，这种现象叫全反射，这时的入射角叫临界角。 全反射 2、入射角等于或者大于临界角。 发生全反射的条件： 1、光从光密介质射入光疏介质； 思考与讨论： 由于不同的介质折射率不同，在光从介质射入空气（真空）时，发生的全反射的临界角是不一样的。那么怎么去计算光从折射率为 的某种介质射入空气（真空）发生的全反射的临界角 ？ 全反射 光从光密介质斜射入光疏介质时，若刚好发生全反射，折射角等于90O。根据光路可逆，假设入射角是90O，则可以求出临界角。 解：根据折射定律有 发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系。 思考：为什么液体中的气泡看起来非常的明亮? 全反射现象 原因:光从液体射向气泡时，一部分光在界面上了发生全反射。 全反射现象 夏天，水的比热容大，海面上空气的温度比空中低，空气的折射率下层比上层大。光线先发生折射逐渐远离法线，后发生全反射逐渐向下折射。 海面上的海市蜃楼形成原因 沙漠中的海市蜃楼形成原因 海平面 沙子地面 夏天，阳光照到沙漠，使贴近底面的空气比上层的空气还要热，因而折射率比上层的空气要小。 全反射棱镜 全反射棱镜的横截面为等腰直角三角形，作用是改变光的传播方向。 当光垂直玻璃界面射入时，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。 全反射棱镜 与平面镜相比，它的反射效率高，几乎可达100%。这种棱镜在光学仪器上可用来改变光的方向，应用十分广泛。 光导纤维 演示实验：观察光在弯曲的有机玻璃棒中的传播路径。 光导纤维 当光在有机玻璃内传播时，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，于是光在有机玻璃内沿着锯齿路线传播。光导纤维由内芯（折射率大）和外套（折射率小）两层组成，光传播时在内芯和外套界面上发生全反射。 光导纤维导光原理： （折射率大） （折射率小） 光导纤维 光导纤维 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。如果把光导纤维聚成束，使两端排列的相对位置一样，图像就可以从一端传输到另一端，医学上用这种光纤制成内窥镜，可以检查人体胃、肠、气管等脏器的内部。 传像束 内窥镜 光导纤维 光也可以像无线电那样，作为载体传递信息。载有声音、图像以及各种数字信号的激光从光纤一端传输到千里之外的另一端，实现光纤通信。 光纤通信 光纤通信的优点： ① 传输容量大； ② 抗干扰性强； ③ 能量衰减小； ④ 保密性强； ⑤ 传输效率高。 光导纤维 尽管光纤通信的发展历史较短，但发展速度惊人。我国光纤通信起步较早，现已成为技术先进的几个国家之一，目前已经建立了纵横城市之间的光缆通信网络，实现了千万家庭光纤入户。 光缆线路已经与通信卫星、微波中继站、普通电缆相结合，构成了现代化国家的“神经系统”。 练习与应用 例题：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： 当光线贴着水面射向潜水员时， 从潜水员角度看，光线刚好发生全反射， 由折射定律有： 圆锥的顶角ɑ： 练习与应用 例题：光由折射率为1.5的玻璃和2.42的金刚石进入空气时的临界角各是多大？ 解析： 由全反射临界角和折射率的关系有： ∴光由玻璃进入空气的临界角 ∴光由金刚石进入空气的临界角 练习与应用 例题：如图所示，一梯形透明介质ABCD，∠A＝75°，∠B＝45°，一光线垂直于BC面从E点射入介质后，射到AB面时恰好发生全反射，从AD面上的某点射出。求： （1）介质对该光线的折射率n； （2）该光线从AD面射出的折射角r。 解析： （1）根据几何关系有： 做出光路图如图示： 练习与应用 （2）根据几何关系有： Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 $$