4.2 全反射 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第二节 全反射 真空本身的折射率 n =1 不同介质的折射率不同, 我们把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. 思考与讨论 1．玻璃和水比哪个是光密介质？哪个是光疏介质？ 2．玻璃和金刚石比哪个是光密介质？哪个是光疏介质？ 3. 光密介质和光疏介质的划分是绝对的吗？ 4. 光在光疏介质和光密介质中的传播速度有何不同？ 一、光疏介质和光密介质 2. 光疏介质和光密介质是相对的.“疏”、“密”不指密度 1. 不同介质的折射率不同, 我们把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. 3.光由光疏介质斜射入光密介质时，光速减小，折射角小于入射角；光由光密介质斜射入光疏介质时，光速增大，折射角大于入射角。 一、光疏介质和光密介质 【例1】(多选)下列说法正确的是(　　) A．因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质 B．因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质 C．同一束光，在光密介质中的传播速度较大 D．同一束光，在光密介质中的传播速度较小 BD 5. 既然光由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角。可以预料，当入射角增大到一定程度，但还没有达到900时，折射角就会增大到900。如果入射角再增大，会出现什么现象？ 思考与讨论 实验现象及结论 临界角：刚好发生全反射，即折射角等于900时的入射角叫做临界角. 用字母C 表示。 （1）光从光密介质射入光疏介质 （2）入射角θ1 ≥某一固定角度 6.并不是任意情形下都会出现全反射现象，他的出现是有条件的，需要什么条件？ 思考与讨论 定义：当光从光密介质射入光疏介质，入射角增大到某一角度,使折射角达到900时,折射光完全消失,只剩下反射光,这种现象叫做全反射。 θ1 θ3 光密介质 N N' O C 二、全反射 7.光由玻璃进入空气(真空）中入射角至少多大才会发生全反射？这个角与折射率有什么关系？（玻璃的折射率为1.5，sin41.5o ≈ ） 8. 折射率为n的介质在空气(真空)中发生全反射时的临界角C是多少? 思考与讨论 折射率与临界角的关系： 注意：(1)只有光从介质射入真空（空气）的交界面时，才能这样求临界角。 (2)n越大，临界角越小，也就越容易发生全发射。 真空 （空气） 某介质 几种介质的折射率 几种介质对空气的临界角 【例2】 某介质的折射率为 ，一束光从介质射向空气，入射角为60°，图中哪个光路图是正确的？ D 【例3】(多选)如图所示，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( 　　) 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 ACD （1）水中或玻璃中的气泡，看起来特别明亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故。 从水射到空气时，由密到疏，发生全反射 生活中的全反射现象 第二部分：全反射棱镜 （一）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。 （一）全反射棱镜 横截面是等腰直角三角形的棱镜 (1)截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜 (2)原理：利用全反射原理 (3)特点：(玻璃的临界角为32°—42°) ①当光垂直于它的任意一个界面射入后，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 (4)作用：改变光的方向，可使光的传播方向改变90°或180° 45 45 45 45 45 45 （一）全反射棱镜 （二）全反射棱镜的应用 潜望镜 （二）全反射棱镜的应用 自行车尾灯 （二）全反射棱镜的应用 对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜等，就需要用全反射棱镜代替平面镜，以消除多余的像． 当然，如果在玻璃的前表面镀银，就不会产生多个像，一般的平面镜都是在玻璃的后面镀银， 但是银面容易脱落．因此对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜等，就需要用全反射棱镜代替平面镜．与平面镜相比,它的反射率高,几乎可达100%。 第三部分：光导纤维 （一）光导纤维 光导纤维的工作原理与结构？ (1)原理：利用全反射原理 (2)构造：由折射率较高的玻璃内芯和折射率较低的外层透明介质组成，因为内芯的折射率比外套的大，所以，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 (3)优点：容量大、衰减小、抗干扰性强 （二）观察光在弯曲的有机玻璃棒中传播的路径 （三）光导纤维的应用 医用内窥镜：医学上将其制成内窥镜，用来检查人体内脏的内部。 光纤通信：光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强。 （三）光导纤维的应用 一路光纤的传输能力理论值为二十亿路电话，一千万路电视。虽然光纤通信的发展历史只有20多年的，但是发展的速度是惊人的。 巩固提升 课堂小结 全反射 光疏介质与光密介质 光从光密介质射入光疏介质 全反射的条件 全反射棱镜及其应用 全反射现象：折射光线消失 入射角大于或等于临界角 光导纤维及其应用 课堂检测 1. 一个半圆柱形玻璃砖,其横截面是半径 为R的半圆,AB为半圆的直径,O为圆心,如图所示。 玻璃的折射率为n= 。 (1)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面,若光线 到达上表面后,都能从该表面射出,则入射光束在AB上的最大宽度为多少? 课堂检测 解析:(1)在O点左侧,设从E点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角θ,则OE区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出,如图甲所示。由全反射条件有sin θ= ① 由几何关系有lOE=Rsin θ② 由对称性可知,若光线都能从上表面射出,光束的宽度最大为 l=2lOE③ 联立①②③式,代入已知数据得l= R。④ 课堂检测 射到G点的光有一部分被反射,沿原路返回到达C点射出。 课堂检测 2. 自行车上的红色尾灯不仅是装饰品,也是夜间骑车的安全指示灯,它能把来自后面的光线反射回去。某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角棱镜(折射率n> )组成,棱镜的横截面如图所示。一平行于横截面的光线从O点垂直于AB边射入棱镜,先后经过AC和CB边反射后,从AB边的O'点射出,则出射光线是(　　) A.平行于AC边的光线① B.平行于入射光线的光线② C.平行于CB边的光线③ D.沿AB边的光线④ 答案:B 解析:由题意可知,等腰直角棱镜的折射率n> ,且sin C= ,得临界角小于45°,由题图可得,光从空气进入棱镜,因入射角为0°,所以光线不偏折。当光从棱镜射向空气时,入射角等于45°,发生全反射,根据几何关系,结合光路可逆可知,出射光线是②,即平行于入射光线,故B正确,A、C、D错误。 课堂检测 3.某有线制导导弹发射时,在导弹发射基地和导弹间连一根细如蛛丝的特制光纤,它双向传输信号,能达到有线制导作用。光纤由纤芯和包层组成,其剖面如图所示,其中纤芯材料的折射率n1=2,包层折射率n2= ,光纤长度l为6 km。已知当光从折射率为n1的介质射入折射率为n2的介质时,入射角θ1、折射角θ2间满足:n1sin θ1=n2sin θ2。 (1)试通过计算说明从光纤一端入射的光信号 是否会通过包层“泄漏”出去。 (2)若导弹飞行过程中,将有关参数转变为光信号,利用光纤发回发射基地经瞬间处理后转化为指令光信号返回导弹,求信号往返需要的最长时间。 答案:(1)见解析　(2)1.6×10-4 s 课堂检测 解析:(1)如图所示,由题意知在纤芯和包层分界面上全反射临界角C满足n1sin C=n2sin 90°,得C=60°。当在端面上的入射角最大(i=90°)时,折射角r也最大,在纤芯与包层分界面上的入射角i'最小,当端面上i=90°时, 所以,在所有情况中从端面入射到光纤中的信号都会发生全反射,光信号不会从包层中“泄漏”出去。 课堂检测 解析:(1)如图所示,由题意知在纤芯和包层分界面上全反射临界角C满足n1sin C=n2sin 90°,得C=60°。当在端面上的入射角最大(i=90°)时,折射角r也最大,在纤芯与包层分界面上的入射角i'最小,当端面上i=90°时, 所以,在所有情况中从端面入射到光纤中的信号都会发生全反射,光信号不会从包层中“泄漏”出去。 课堂检测 (2)当在端面上入射角最大时所用的时间最长,这时光在纤芯中总路程为 代入数据得t=1.6×10-4 s。 THANKS THANKS 感谢观看 Lavf57.83.100 $$