2.全反射 第1课时（教学课件）物理人教版2019选择性必修第一册

第四章 光 物理选择性必修第一册 •人教版2019 第二节 第1课时 全反射 学习目标 01 02 03 04 物理观念 理解全反射现象的本质，掌握光从光密介质射向光疏介质时发生全反射的条件，并能解释相关物理现象。 科学思维 能够通过实验观察和数据分析，推导出全反射的临界角公式，并运用该公式解决实际问题。 科学探究 通过实验探究，验证全反射现象的发生条件，培养学生的实验设计和操作能力。 科学态度与责任 激发学生对光学现象的兴趣，引导学生关注科技发展，体会物理知识在现实生活中的应用价值。 重点难点 教学重点 教学难点 通过演示实验认识光的全反射现象，知道临界角的概念，理解全反射产生的条件；能够用全反射规律分析解决有关的问题。 理解全反射产生的条件；了解全反射在技术上的应用。 课堂引入 水中的气泡和叶子上的露珠看起来特别明亮；炎热夏天，柏油路面有时看起来特别明亮,像水洗过的一样。这又是为什么呢？ 光疏介质和光密介质 01 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）。 一、光疏介质和光密介质 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。 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=。 一、光疏介质和光密介质 介质 水 水晶 金刚石 折射率n 1.33 1.54 n＝2.42 不同介质的折射率 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 一、光疏介质和光密介质 实验与观察1 全反射 02 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。 二、全反射 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 （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： 临界角的正弦值： 玻璃 空气 二、全反射 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 ° 不同介质的临界角 二、全反射 全反射 全反射棱镜 03 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。 三、全反射棱镜 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。 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． 三、全反射棱镜 全反射棱镜的应用 双筒望远镜中的全反射棱镜 三、全反射棱镜 自行车尾灯 潜艇潜望镜 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%。 全反射棱镜的应用 全反射棱镜 全反射的应用 04 光导纤维 光纤通信的主要优点是：容量大、衰减小、抗干扰性强． 光导纤维 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。 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。 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。 视频：水流导光 光导纤维 光导纤维 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 五、学以致用 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。 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？ 五、学以致用 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. 海市蜃楼 典例分析 05 图2-1 CD B 图2-3 课堂小结 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。 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. 应用 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 【例1】(多选)如图2-1所示，ABCD是两面平行的透明玻璃砖，AB面和CD面是玻璃和空气的界面，分别设为界面Ⅰ和界面Ⅱ。光线从界面Ⅰ射入玻璃砖，再从界面Ⅱ射出，回到空气中。如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角，则(　　) A．只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象 B．只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象 C．不管入射角多大，光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象 D．不管入射角多大，光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象 【例2】如图2-2所示，一束光从介质a斜射向介质b，在两种介质的分界面上发生了全反射，下列判断正确的是(　　) A．a是光疏介质，b是光密介质 B．光的入射角必须等于或大于临界角 C．光在介质a中的速度大于在介质b中的速度 D．该光束一定是单色光 【例3】如图2-3所示，AB为有机玻璃棒，A、B之间距离为s，使一光脉冲信号从有机玻璃棒A端中间入射，射入后在有机玻璃棒与空气的界面上恰好发生全反射，由A端传输到B端所用时间为t，求有机玻璃棒的折射率n。(已知光在真空中的传播速度为c) $