高中物理 第十三章 光 2 全反射互动课堂学案 新人教版选修34

2 全反射
互动课堂
疏导引导
1.对全反射的理解 （1）全反射
光从光密介质射向光疏介质时，当入射角超过某一角度C （临界角）时，折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象叫全反射. （2）临界角C
折射角等于90°时的入射角叫做临界角.
特别地，当光从某种介质射向真空（或空气）时，临界角C 满足：.sin 1
sin 90sin C
C n ==
︒ (3)全反射的条件
①光线从光密介质射入光疏介质. ②入射角大于或等于临界角.
（4）从能量角度看，光在两种介质分界面上发生反射和折射时，若不计介质的吸收，入射光能量会分配成反射和折射两部分，其中反射光能量随着入射角的增大而增强，折射光能量则随着入射角的增大而减弱.当发生全反射时，折射光能量等于零，入射光能量完全转化为反射光的能量.因此，当入射角越小时折射光越强，而反射光越弱.这正是我们看水底处物体时感到垂直下视时看得最清楚，而斜视时感到有些模糊的原因. 2.光导纤维
（1）作用：传递声音、图像及各种数字信号.
（2）原理：光在折射率不同的两种物质的交界面处发生全反射. （3）构造特点：双层，外层材料的折射率比里层材料的折射率小. (4)优点：容量大、衰减小（传输距离长）、抗干扰能力强. (5)实际应用：光纤通信、医用胃镜等. 3.理解光密介质和光疏介质
（1）任何介质的绝对折射率都大于1，折射率越大，光在其中传播的速度越小，两种介质相比较，折射率较大的介质叫光密介质，折射率较小的介质叫光疏介质.
（2）光密介质与光疏介质是相对的，同一种介质，到底是光密介质还是光疏介质是不确定的.例如，玻璃相对水而言是光密介质，而相对金刚石而言则是光疏介质.
（3）光密介质与光疏介质是由两种介质的折射率相对大小决定的，而不是取决于密度的大小，光密介质的折射率较大，但密度不一定较大.例如，酒精（n=1.36）相对于水（n=1.33)是光密介质，但酒精的密度却小于水的密度. （4）列表比较
（5）由折射定律知，光由光疏介质射入光密介质（例如由空气射入水）时，折射角小于入射角；光由光密介质射入光疏介质（例如由水射入空气）时，折射角大于入射角. 活学巧用
1.在一个圆形轻木塞的中心插上一枚大头针，然后把它倒放在水面上，调节针插入的深度，
使观察者不论在什么位置都刚好不能看到水下的大头针，如图13-7-1（a)，量出针露出的长度为d ，木塞的半径为r ，求水的折射率.
图13-7-1
思路解析：在调节针插入的深度后，使观察者不论在什么位置都刚好不能看到水下的大头针，这个现象是光的全反射现象. 产生全反射的条件有两个：（1）光从光密介质射向光疏介质；（2）入射角i 大于或等于临界角C.
当光从某种物质射向真空（或空气）时，其临界角C 有： sinC=
n
1
,n C 1arcsin =(n 为介质对光的折射率）
作图如图13-7-1（b)，当A 发出的光到达B 点时恰以临界角C 入射，因此sinC=
n
1
,在△AOB 中：tanC=d r
，而tanC=
1
1sin 1sin 2
2-=-n C
C 得r
r d n 2
2+=
. 答案：r
r d n 2
2+=
2.如图13-7-2所示，A 、B 两点之间的距离为s ，在两点间连接一直光导纤维，一束光从纤维中间射入，在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射现象，由A 点传输到B 点所用的时间为t.求光导纤维的所用材料的折射率.
图13-7-2
思路解析：设光线射到界面上入射角为α，光纤材料折射率为n ，光在其中的传播速度为v ，则由全反射条件：n
1
sin =
α ① v
c
n =
② 又光在光纤中传播光程：α
sin s
s =' ③
且v s t '
= ④
解①②③④得.s
ct n =
答案：
s
ct。