高中物理课件 全反射

(1)入射光线与出射光线的对应关系。
(2)入射光线与出射光线的交点在全反射棱镜的斜边上。
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[解析] 四个选项产生光路效果如图所示。
则可知B项正确。
[答案] B
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1．透明体中的气泡看起来特别亮 光照射到透明体上时，光线绝大多数穿过透明体。若 透明体中有气泡，进入透明体中的部分光线射到空气泡上 时，由于透明体的折射率大于气泡的折射率，若入射角大 于或等于临界角，这部分光会发生全反射，然后射入人眼， 由于气泡处反射回来的光比没有气泡处强得多，所以气泡
新知预 习· 巧设计
第 十 三 章 第 2 节
名师课 堂· 一点通
创新演 练· 大冲关
要点一 要点二 要点三 随堂检测 归纳小结 课下作业 综合提升
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1．知道光疏介质、光密介质、全反射、 临界角的概念。 2．理解全反射的条件，能计算有关问
题和解释相关现象。
3．了解光导纤维的工作原理和光导纤 维在生产、生活中的应用。
看起来特别亮。
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2．海市蜃楼 (1)气候条件：当大气比较平静且海面与 上层空气温差较大时，空气的密度随温度的 升高而减小，对光的折射率也随之减小。因 海面上的空气温度比空中低，空气的下层比 上层折射率大。我们可以粗略地把空中的大 图13－2－9
气分成许多水平的空气层，如图13－2－9所示。
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(2)光路分析：远处的景物反射的光线射向空中时，不断 被折射，射向折射率较小的上一层的入射角越来越大，当光 线的入射角大到临界角时，就会发生全反射现象，光线就会 从高空的空气层中通过空气的折射逐渐返回折射率较小的下
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3．全反射的应用
(1)全反射棱镜：
①形状：截面为 等腰直角 三角形的棱镜。 ②光学特性： a．当光垂直于截面的直角边射入棱镜时，光在截面的 斜边上发生 全反射 ，光射出棱镜时，传播方向改变了 90° 。
b．当光垂直于截面的斜边射入棱镜时，在两个直角边
上各发生一次 全反射 ，使光的传播方向改变了 180° 。
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2．空气中两条光线a和b从方框左侧入射， 分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图 13－2－7所示。方框内有两个折射率n＝1.5的 玻璃全反射棱镜。图13－2－8给出了两棱镜四 种放置方式的示意图，其中能产生图13－2－7 图13－2－7
效果的是
(
)
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图13－2－8 [审题指导] 解答本题时应注意以下两点：
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。
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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 ( )
图13－2－2
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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
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[读教材· 填要点] 1．光疏介质和光密介质
名称 项目 定义
光疏介质
光密介质
折射率 较小 的介质 折射率 较大 的介质 光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的 传播速度 传播速度 小 (1)光从 光疏 介质射入光密介质时，折射角小 于入射角 折射特点 (2)光从 光密 介质射入光疏介质时，折射角大于 入射角
(
)
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：因为水的折射率为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＝c/n可知，光在光 密介质中的速度较小。 答案：BD
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(2)光导纤维及其应用： ①原理：利用了光的 全反射 。 ②构造：光导纤维是非常细的特制玻璃丝，由内芯和
外层透明介质两层组成。内芯的折射率比外层的 大 ，光传
播时在内芯与外层的界面上发生 全反射 。 ③主要优点：容量大、能量 损耗小、抗干扰能力强， 保密性好 等。
法正确的是
[答案]
2 R 2
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解决全反射问题的关键：
(1)准确熟练地作好光路图；运用几何关系、三角函数关 系或反射定律等进行判断推理或计算。 (2)抓住特殊光线的分析。求光线照射的范围时，关键是 找出边界光线。如果发生全反射，刚能发生全反射时的临界
光线就是一个边界光线，而另一光线要通过分析找出。
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1．全反射棱镜 全反射棱镜是利用全反射改变光路以便于观察。 在图13－2－4中的等腰直角三角形ABC表示一个全反射 棱镜的横截面，它的两直角边AB和BC表示棱镜上两个互相
光由光密介质射入到光疏介质中时，折射角大于入射 角，当入射角增大到一定程度时，折射光线完全消失，全 部光线都被反射回原介质，这种现象称为全反射现象，简 称全反射。 (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。
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(2)全反射遵循的规律： 发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵
图13－2－3所示，O为圆心，已知玻璃的折
射率为，当光由玻璃射向空气时，发生全 图13－2－3 反射的临界角为45°，一束与MN平面成45° 角的平行光束射到玻璃的半圆柱面上，经玻璃折射后， 有部分光能从MN平面上射出来，求能从MN射出的光束 的宽度。
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[审题指导] (1)光线由MN面射出玻璃时能发生全反射。 (2)确定能从MN面射出的光束的左右边界光线。 [解析]寻找特殊光线，如图所示，
光疏介质(例如由水射入空气)时，折射角大于入射角。
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(2)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 (3)相对性： 大 小 折射率 小 大
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 小来判定谁是光疏介质或光密介质。
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2．全反射现象
(3)虚像的形成：人们逆着反射光线看去，就会看到远处物
1 sin θ1 sin C＝n，n＝ ，C＋θ2＝90° ， sin θ2 由以上各式可得 sin θ1＝ n2－1
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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，即有 sin 90° n2－1，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大一些。
起保护作用
解析：光导纤维的内芯折射率大于外套的折射率，光在由 内芯射向外套时，在其界面处发生全反射，从而使光在内 芯中传播，故A选项正确。 答案：A
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1．光疏介质和光密介质的理解 不同介质的折射率不同，我们把折射率较小的介质 叫做光疏介质，折射率较大的介质叫做光密介质。 (1)对光路的影响： 根据折射定律，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
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2．一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上
的入射角为45°。如图13－2－1所示的四个光路图中，
正确的是 ( )
图13－2－1
1 2 2 解析：sinC＝ n ＝ <sin45° ＝ ，所以C<45° ，所以发生全 3 2 反射。
答案：A
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3．光线在玻璃和空气的分界面上发生全反射的条件是(
垂直的侧面。如果光线垂直地射到AB面上，光在棱镜内会沿
原来的方向射到AC面上。由于入射角(45°)大于光从玻璃射 入空气的临界角(42°)，光会在AC面上发生全反射，沿着垂 直于BC的方向从棱镜射出(图甲)。如果光垂直地射到AC面上
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(图乙)，沿原方向射入棱镜后，在AB、BC两面上都会发 生全反射，最后沿着与入射时相反的方向从AC面上射出。 生活中有许多地方都用到了这一原理，例如自行车尾灯 (图丙)。在光学仪器里，常用全反射棱镜来代替平面镜，
A．光从玻璃射到分界面上，入射角足够小 B．光从玻璃射到分界面上，入射角足够大 C．光从空气射到分界面上，入射角足够小 D．光从空气射到分界面上，入射角足够大
)
解析：发生全反射的条件：光由光密介质射入光疏介质；
入射角大于或等于临界角。故B正确。 答案：B
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4．光导纤维的结构如图13－2－2所示，其内芯和外套材
②入射角 大于或等于 临界角。
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(3)临界角与折射率的关系： 1 ①定量关系： 光由介质射入空气(或真空)时， C＝n(公式)。 sin ②定性：介质的折射率越大 ，发生全反射的临界角就越小， 越容易发生全反射。 1 [关键一点] 由公式 sin C＝n计算临界角时，只适用于由介 质射向真空(或空气)的情况。
改变光的传播方向。图丁是全反射棱镜应用在潜望镜里
的光路图。
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图13－2－4
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2．光导纤维
(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左右。如图13－2－5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
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2．全反射现象 (1)全反射及临界角的概念： ①全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，同时发 折射 光线就会消 生折射和反射。若入射角增大到某一角度，