13.2全反射—人教案高中物理选修3-4教案

全反射

【学习目标】

1．通过实例分析掌握光的反射定律与光的折射定律．

2．学会用光的折射、反射定律来处理有关问题．

3．知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念．

4．能判定是否发生全反射，并能分析解决有关问题．

5．明确测定玻璃砖的折射率的原理．

6．知道测定玻璃砖的折射率的操作步骤．

知识回顾：

1.光发生折射的条件？

答：在两种不同的介质得界面上

2.光路可逆吗？

答：可以

3.如果由光密介质到光疏介质一直增大入射角，会发生什么情况？

答：折射光消失，只发生反射

知识点一、全反射

光疏介质和光密介质：

光在各种介质中的传播速度和介质相对真空的折射率都是不相同的．两种介质相比较光在其中传播速度大，而折射率小的介质叫光疏介质；光在其中传播速度小，而折射率大的介质叫光密介质．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（）对玻璃（）是光密介质，而对金刚石来说（），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

要点诠释：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谁是光疏介质或光密介质．

全反射：

（1）全反射现象：

光由光密介质射向光疏介质时，折射角大于入射角．当入射角增人，反射光增强，折射光减弱，继续增大入射角，当折射角达到时，折射光全部消失，入射光全部被反射回原介质，当入射角再增大时．入射光仍被界面全部反射回原介质，这种现象叫全反射．

（2）对全反射的理解：

①全反射是光的折射的特殊现象，全反射现象还可以从能量变化角度加以理解．当光线从光密介质射入光疏介质，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，发生了全反射．

②发生全反射的条件：

光线从光密介质射向光疏介质；入射角大于或等于临界角．

③全反射遵循的规律：

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．临界角

（1）临界角的定义：折射角为时的入射角称为全反射临界角，简称临界角，用表示．要点诠释：①光从光密介质射向光疏介质时，只要入射角大于或等于临界角，一定会发生全反射现象．

②一般情况下，光由一种介质到达另一种介质时，光既有反射又有折射，即光的能量有一部分反射回原介质中：而另，一部分则进入其他介质中．发生全反射时，光的能量全部反射回原介质中．（2）临界角的表示式：由折射定律知，光由某介质射向真空（或空气）时，若刚好发生全反射，则

．

所以，即．

应用全反射解决实际问题的基本方法：

（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．

（2）若光由光密介质进入光疏介质时，则根据确定临界角，看是否发生全反射．（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．

应用全反射解释自然现象：

（1）对“海市蜃楼”的解释：

由于光在空气中的折射和全反射，会在空中出现“海市蜃楼”．在海面平静的日子，站在海滨，有时可以看到远处的空中出现了高楼耸立、街道棋布、山峦重叠等景象．这种景象的出现是有原因的．当大气层比较平静时，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，海面上空的空气温度比空中低，空气的折射率下层比上层大．我们可以粗略地把空中的大气分成许多水平的空气层，如图所示，下层的折射率较大．远处的景物发出的光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较低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低的下一层．在地面附近的观察者就可以观察到由空中射来的光线形成的虚像．这就是海市蜃楼的景象．如图所示．

（2）对沙漠上、柏油路上的蜃景的解释：

在沙漠里也会看到蜃景，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景（如图），仿佛是从水面反射出来的一样．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．在炎热夏天的柏油马路上，有时也能看到上述现象．贴近热路面附近的空气层同热沙面附近的空气层一样，比上层空气的折射率小．从远处物体射向路面的光线，也可能发生全反射，从远处看去，路面显得格外明亮光滑，就像用水淋过一样．

（3）水或玻璃中的气泡为何特别明亮？

由图可知，也是光线在气泡的表面发生全反射的结果．

光纤通信

全反射现象在通信中有、重要的作用，光导纤维之所以能传光、传像，就是利用了光的全反射现象，光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有．

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）此导纤维合成一束，并使两端的纤维按严格相同的次序排列，就可以以传输图像．

例题3.一束光波以的入射角，从面射入如图所示的透明三棱镜中，棱镜折射率．试求进入面的折射角，并在图中画出该光束在棱镜中的光路．