高中物理第十三章光2全反射课件

2.光导纤维的折射率
设光导纤维的折射率为 n,当入射角为 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=sin ������1,C+θ2=90°,由以上各式可得 sin θ1= ������2 -1。
2
1
sin ������
由图可知:当 θ1 增大时,θ2 增大,而从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,即解得 n= 2,以上是光从纤维射向真空时得到的折射率,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大些。
2.如图所示,一根长为 L 的直光导纤维, 它的折射率为 n。光从它的一个端面射入, 又从另一端面射出所需的最长时间为多 少?(设光在真空中的光速为 c) 解析:由题中的已知条件可知,要使光线从光导纤维的一端射入, 然后从它的另一端全部射出,必须使光线在光导纤维中发生全反射 现象。 要使光线在光导纤维中经历的时间最长,就必须使光线的路径 最长,即光对光导纤维的入射角最小。光导纤维的临界角为
思考探究 1.观察课本中的演示实验,思考反射光线和折射光线是如何变 化的? 答案:入射角增大时,反射光线和折射光线离法线越来越远,反射 光越来越强,折射光越来越弱,直到折射光消失,反射光的强度就不再 发生变化了。 2.如何计算折射率为 n 的介质在空气(真空)中发生全反射时的 临界角 C?
答案:恰好发生全反射时,可认为在空气中的折射角为 90°,依 据光路可逆的道理,可列式子 n= 越大,临界角越小。
答案: 3
7
2
2.已知水、 水晶、 玻璃和二硫化碳的折射率分别为 1.33、 1.55、 1.60 和 1.63,如果光按以下几种方式传播,可能发生全反射的是 ( ) A.从水晶射入玻璃 B.从水射入二硫化碳 C.从玻璃射入水中 D.从水射入水晶 解析:光只有从光密介质射入光疏介质才有可能发生全反射,从 水晶射入玻璃、从水射入二硫化碳、从水射入水晶都是从光疏介质 射入光密介质,不可能发生全反射,而从玻璃射入水中是从光密介质 射入光疏介质,有可能发生全反射。故选项 C 正确。
������ ������2 -1
迁移应用
1.一束单色光由左侧射入注满清水的薄壁圆柱形玻璃杯,如图 为过轴线的截面图,调整入射角 α,使光线恰好在水和空气的界面上
4 发生全反射。已知水的折射率为 ,求 3
sin α 的值。
1 解析:当光线在水面发生全反射时有 sin C=������,当光线从左侧射 sin������ 7 入时,由折射定律有 π =n,联立这两式,代入数据可得 sin α= 。 3 sin( -������)
预习导引
一、全反射 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。 2.全反射及临界角的概念。 (1)全反射:光从光密介质射入光疏介质时,若入射角增大到某一 角度,折射光线就会完全消失,只剩下反射光线的现象。 (2)临界角:刚好发生全反射即折射角等于 90°时的入射角,用 字母 C 表示,则 sin 3.全反射的条件。 要发生全反射,必须同时具备两个条件: (1)光从光密介质射入光疏介质。 (2)入射角大于等于临界角。
A.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 B.内芯的折射率比外套的小,光传播时在内芯与外套的界面上 发生全反射 C.内芯的折射率比外套的小,光传播时在内芯与外套的界面上 发生折射 D.内芯的折射率与外套的相同,外套的材料有韧性,可以起保护 作用 解析:光导纤维是利用光从光密介质射入光疏介质时发生全反 射的现象来传递光信息的,A 正确。 答案:A
答案:C
二、
光导纤维
知识精要 1.构造及传播原理
光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝,直径只有 1~100 μm,如图所 示,它是由内芯和外套两层组成,内芯的折射率大于外套的折射率,光 由一端进入,在两层的界面上经过多次全反射,从另一端射出,光导纤 维可以远距离传播光,光信号又可以转换成电信号,进而变为声音、 图像。如果把许多(上万根)光导纤维合成一束,并使两端的纤维按严 格相同的次序排列,就可以传播图像。
3.列表比较。 光的速度 光疏介质 光密介质 大 小 折射率 小 大
4.由折射定律可知,当光由光疏介质斜射入光密介质(例如由空 气斜射入水)时,折射角小于入射角;当光由光密介质斜射入光疏介 质(例如由水斜射入空气)时,折射角大于入射角。
案例探究 对下列自然现象描述正确的是( ) A.在海面上,向远方望去,有时能看到远方的景物悬在空中。同 样,在沙漠中也能观察到同样的现象 B.在沙漠中,向远方望去,有时能看到远方景物的倒影。同样,在 海面上也能观察到同样的现象 C.在海面上,向远方望去,有时能看到远方的景物悬在空中。在 沙漠中,向远方望去,有时能看到远方景物的倒影 D.在海面上,向远方望去,有时能看到远方景物的倒影。在沙漠 中,向远方望去,有时能看到远方的景物悬在空中
一、
全反射
知识精要 1.对光疏介质和光密介质的理解 (1)光疏介质和光密介质的比较: 光的传播速度 光疏介质 光密介质 大 小 折射率 小 大
(2)相对性:光疏介质、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。
2.全反射现象 (1)全反射的条件: ①光由光密介质射向光疏介质。 ②入射角大于或等于临界角。 (2)全反射遵循的规律:发生全反射时,光全部返回介质,入射光 与反射光遵循光的反射定律,由于不存在折射光线,光的折射定律不 再适用。 (3)从能量角度来理解全反射:当光从光密介质射入光疏介质时, 随着入射角增大,折射角也增大。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, 折射光线强度减弱到零,反射光的能量等于入射光的能量。 3.不同色光的临界角 不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时,频率越高的光的 临界角越小,越易发生全反射。
sin������ sin������ 1-sin2 ������ 1 ������
=
1
������2 -1
所以 OB=
������ ������2 -1
������ ������2 -1
所以圆纸片的最小半径为 R=r+
2
最小面积为 S=π ������ +
2
������ ������2 -1
。
答案:S=π ������ +
sin90° ,即 sin������
sin C= 。 可见,介质折射率
1 ������
典题例解 【例 2】 如图所示是两个城市间的光缆中的一条光导纤维,光纤长 为 L,它的玻璃芯的折射率为 n1,外层材料的折射率为 n2,光在真空中 的传播速度为 c。光由它的一端射入经多次反射后从另一端射出, 则( )
典题例解
【例 1】 如图所示,在厚度为 d、 折射率为 n 的大玻璃板的下表 面,紧贴着一个半径为 r 的圆形发光面,为了从玻璃板的上方看不见 圆形发光面,可在玻璃板的上表面贴一张圆纸片,求所贴圆纸片的最 小面积。 思路分析:解答本题的关键是弄清所贴圆纸片的最小面积究竟 由什么决定,实质是利用全反射知识求介质的临界角。
������ t= ������ ������ ������1
=
������1 2 ������ 。故选项 ������2 ������
������ sin������
=
������1 ������ ,对应的光速为 ������2
v= ,
������ ������1
C 正确。
答案:CБайду номын сангаас
迁移应用 1.光导纤维的结构如图所示,其内芯和外套材料不同,光在内芯 中传播。以下关于光导纤维的说法正确的是( )
解析:如图所示,A 为发光面右边缘,若由 A 发出的光线射向 O 点恰好发生全反射,入射角 θ 就是玻璃的临界角,此时在玻璃板的上 表面 O 点外侧不再有折射光线。设 B 点为 A 在玻璃板正上方的对 应点,那么(r+BO)为玻璃板上表面透光面的半径。 由临界角公式知 sin θ= 由几何关系得 OB=dtan θ 又 tan θ=cos������ =
2
全反射
目标导航
学习 目标 重点 难点 1.知道光疏介质、光密介质,认识光的全反射现象。 2.知道产生全反射的条件,能解释全反射现象,会计算 临界角。 3.知道全反射棱镜及其应用,初步了解光导纤维的工 作原理。 1.理解光的全反射。 2.理解临界角的概念,会判断是否发生全反射。
激趣诱思
右图是在沙漠里形成的蜃景,这是什么原因呢? 简答:夏季沙漠中烈日当头,沙土被晒得灼热,因沙土的比热容小, 温度上升极快,沙土附近的下层空气温度上升得很高,而上层空气的 温度仍然很低,这样就形成了气温的反常分布,由于热胀冷缩,接近沙 土的下层热空气密度小而上层冷空气的密度大,这样空气的折射率 是下层小而上层大。 当远处较高物体反射出来的光,从上层较密空气 进入下层较疏空气时被不断折射,其入射角逐渐增大,增大到等于临 界角时发生全反射,这时,人要是逆着反射光线看去,就会看到倒立的 下蜃。
������ A.n1>n2,光从它的一端射入到从另一端射出所需的时间总等于������ ������ ������ B.n1<n2,光从它的一端射入到从另一端射出所需的时间最长为������1 ������ 2 ������1 2 ������ C.n1>n2,光从它的一端射入到从另一端射出所需的时间最长为 ������ ������ 2 ������1 ������ D.n1<n2,光从它的一端射入到从另一端射出所需的时间等于 ������
1 C=������。
预习交流 1 玻璃或水中的气泡为什么看起来格外亮?