高中物理人教版选修3-4课件：13.2 全反射

解决全反射问题的基本方法如下: (1)确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介 质。 1 (2)若光由光密介质进入光疏介质, 则根据 sin C= 确定临界角, 看是
n
否发生全反射。 (3)根据题设条件, 画出入射角等于临界角的“临界光路”。 (4)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, 进行动态分析或定量计算。
2.全反射
夏季的早晨, 从某一方向看植物叶子上的露珠会格外明亮, 玻璃中的 气泡从侧面看也是特别明亮, 这是什么道理呢?
1. 知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念。 2. 能判定是否发生全反射, 并能分析解决有关问题。 3. 了解全反射棱镜和光导纤维。
1. 研究光的全反射现象 (1)光疏介质和光密介质:折射率较大的介质称为光密介质, 折射 率较小的介质称为光疏介质, 光密介质与光疏介质具有相对性。 (2)全反射现象:光由光密介质进入光疏介质时, 同时发生折射和 反射。 如果入射角逐渐增大, 折射光离法线越来越远, 而且越来越弱。 当入射角增大到某一角度, 使折射角达到 90° 时, 折射光完全消失, 只 剩下反射光, 这种现象叫做全反射。 这时的入射角称为临界角, 用 C 表示。 1 (3)全反射临界角:C=arcsin n。 ①临界角的含义:折射角为 90° 时的入射角。 ②规律:一旦发生全反射, 即符合光的反射定律。 (4)全反射条件:①光从光密介质射到光疏介质;②入射角大于或 等于临界角。
光疏介质、光密介质是对确定的两种介质而言的。任何 两种透明介质都可以通过比较光在其中速度的大小或折射率的大 小来判定是光疏介质还是光密介质。
当光从光密介质进入光疏介质时, 入射角增大, 折射角也随之增 大, 当折射角达到 90° 时, 折射光线消失, 只剩下反射光线, 这种现象叫 做全反射。对于全反射可以从以下三个方面来理解: 1. 临界角:光从某种介质进入真空(或空气)时, 刚好发生全反射 ������������������90°������������������C,故 C=arcsin1n。 2. 从能量的角度来理解全反射:当光从光密介质射入光疏介质 时, 入射角增大, 折射角增大。同时折射光线强度减弱, 即折射光线能 量减小, 反射光线强度增强, 能量增加。当入射角达到临界角时, 折射 光强度减小到零, 入射光的能量全部集中到反射光。 3. 发生全反射的条件:光由光密介质射向光疏介质;入射角 θ1 大 于或等于临界角 C, 即 θ1 ≥C。
题后反思:要准确掌握光密介质和光疏介质的定义, 注意光密介质和 光疏介质都是相对而言的, 折射率较大介质是光密介质, 折射率较 小的介质是光疏介质。
沙漠里的行人常被这种景象所迷惑:以为前方有水源而奔向前去,但 总是可望而不可即。其原因是什么? 提示:太阳照到沙地上,接近沙面的热空气层比上层空气的密度小,折 射率也小。从远处物体射向地面的
沙漠里的蜃景 光线,进入折射率小的热空气层时被折射,入射角逐渐增大,也可能发 生全反射。人们逆着反射光线看去,就会看到远处物体的倒影(如图 所示),仿佛是从水面反射出来的一样。这就是沙漠中的蜃景。
光由光密介质进入光疏介质发生全反射时, 仍然遵守反射 定律, 有关计算仍依据反射定律进行。
三、全反射的应用 ——光导纤维
当光导纤维的折射率为多大时, 就可以使以任意角度入射的光 都能发生全反射?设光导纤维的折射率为 n, 当入射光线入射角为 θ1 时, 进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射, 如图所示。 则有:sin C= n,n=������������������θ , C+θ2 =90° ,
2
1
������������������θ1
由以上各式可得 sin θ1 = n2 -1。 由图可知:当 θ1 增大时, θ2 增大, 而从光导纤维射向空气中光线的 入射角 θ 减小。当 θ1 =90° 时,若 θ=C, 则所有进入纤维中的光线都能 发生全反射, 即有 sin 90° = n2 -1, 解得 n= 2。 由于光导纤维包有外套, 外套的折射率比真空的折射率大, 因此 折射率要比 2大一些。
2. 全反射现象的应用 (1)棱镜:横截面为三角形的棱镜称为三棱镜。 ①横截面为正三角形的称为正三棱镜。 ②全反射棱镜:截面为等腰直角三角形的棱镜称为直角棱镜, 也 叫做全反射棱镜。 ③棱镜对光线的控制作用:使通过的光线向底边偏折。 (2)利用全反射棱镜可以把光线的传播方向改变 90° , 也可以改 变 180° 。
类型一
对光疏介质和光密介质的理解
【例 1】下列说法中正确的是( ) 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 解析:本题考查对光疏介质和光密介质的理解。因为水的折射率为 c 1.33, 酒精的折射率为 1.36, 所以水对酒精来说是光疏介质;由 v=n可 知, 光在光密介质中的传播速度较小。 答案:BD
3. 光纤及其应用 (1)光纤的原理:光纤由内芯和外套构成, 内芯的折射率大于外套 的折射率, 光从一端进入内芯, 在内芯与外套界面发生全反射, 经多次 全反射传到另一端。 (2)应用:医学上的内窥镜, 通信用的光纤。
一、对光疏介质和光密介质的理解
1. 光疏介质和光密介质是相对而言的, 并没有绝对的意义。 例如: 水晶(n=1.55)对玻璃(n=1.5)而言是光密介质, 而对金刚石来说 (n=2.42), 就是光疏介质。 同一种介质到底是光疏介质还是光密介质, 是不确定的。 2. 光若从光密介质进入光疏介质时, 折射角大于入射角;反之, 光 由光疏介质进入光密介质时, 折射角小于入射角。 3. 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。例如, 酒精的密度比水小, 但酒精和水相比酒精是光密介质。 4. 光疏介质和光密介质的比较。 光疏介质和光密介质的比较表 光的速度 折射率 光疏介质 大 小 光密介质 小 大