全反射(讲课)

C=450.
2.n=Sini/Sinr
5．在图13－2－11中，ABC是一块玻璃直角三棱镜的主截面， 折射率n＝1.5.当一束光垂直于BC面射到棱镜上时，画出在各个 面上反射、折射的光路图． 1.光线垂直BC射入，部分原路返回， 部分方向不变射到AC上。
2.入射角为i=300＜arcsin2/3 α
京时间10时30分)，日本根
室市职员谷口博之在北海道 根室市海域的根室海峡上空，
观测到了船悬于半空的海市
蜃楼奇观，并将其拍摄下来。
1、海市蜃楼
swf1
光疏介质、光密介质的发布
海市蜃楼
中央电视台记者2001年 9月12日在奔赴中国西 部长江源头采访途中拍 下了难得一见的“海市 蜃楼”。当记者沿着青 藏公路经过海拔2675米 的万长盐桥时，突然看 到远处的戈壁上，有沙 丘飘浮在天空中，在阳 光和浮云的作用下，沙 丘不断变幻着颜色，沙 丘的周围是“波光粼粼 的湖水”，水面映出清 晰的倒影。
(1)这束入射光线的入射角多大？ n=sini/sinr,r=300, n=1.5
n=c/v, v=λf (2)光在棱镜中的波长是多大？
i
r α
(3)该束光线第一次从CD面出射时的折射角．
3.临界角sinC=1/n=0.67＜sin450.在AB上 发生全反射。
β
α=300，n=sinβ/sinα
△r=dtanc=dtan300. 最小半径R=r+ △r
10．(2009年高考全国卷Ⅱ)一玻璃砖横截面如图13－2－ 16所示，其中ABC为直角三角形(AC边未画出)，AB为直角 边，∠ABC＝45°，ADC为一圆弧，其圆心在BC边的中 点．此玻璃的折射率为1.5.P为一贴近玻璃砖放置的、与AB 垂直的光屏．若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边 垂直射入玻璃砖，则( BD ) A．从BC边折射出一束宽度与BC边长度相等的平行光 B．屏上有一亮区，其宽度小于AB边的长度 C．屏上有一亮区，其宽度等于AC边的长度 D．当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时，屏上亮区先逐 渐变小然后逐渐变大 sinC=1/n=2/3＜0.7,即入射角＞C
β=arcsin0.75
课堂互动讲练
例1
类型一
折射、全反射的判断
如图13－2－1所示，一束光由空气射到透明介质的A点， 入射角为i，则( CD ) A．当i 足够大时，在A点将发生全反射 B．当i足够大时，光从球内向外射出时将发生全反射 C．无论i多大，在A点都不会发生全反射 D．无论i多大，光从球内向外射出时，都不会发生全反射
一、光疏介质和光密介质
折射率小的介质叫光疏介质。 折射率大的介质叫光密介质。 注意：1、光疏和光密介质是相对的。因为折 射率的大小是相对的。
几种介质的折射率
介质
折射率
空气
1.00028
水
1.33
金刚石
2.42
2、不能理解为介质密度。如水和酒 精..
临界角
(1)全反射产生的条件: ①光线由光密介质射向光疏介质 ②入射角大于等于临界角即: i ≥ C
i
1.全反射的发生必须从光密介质射向光疏介质 2.全反射n=sini/sinr=1/sinc，i增大r增大，但i 增大到900时，不会有光线AB,即角r不会增大到 临界角。
变式训练
1．如图13－2－3所示，一束平行光从真空射向一块半圆形 玻璃砖，下列说法中正确的是( BCD ) A．只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖 B．只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖 C．通过圆心的光线将沿直线穿过不发生偏折 D．圆心两侧一定范围外的光线将在曲面产生全反射 越远离圆心的光线，i越大，r越大，
光导纤维的工作条件
透明玻璃棒的折射率n，从一端以入射角i入射，光在棒内侧恰 好发生全反射。 由图可知： r 由折射定律：
π C 2
C r i
sini sini n sinr cosc
sini ncosc n 1 sin2c
∴只要i≤arcsin
1 2 sinc ,sini n 1 n
2．光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供大容量、高 速度、高质量的通信服务．目前，我国正在大力建设高质量 的宽带光纤通信网络．下列说法正确的是( AD ) A．光纤通信利用光作为载体来传播信息 B．光导纤维传递光信号是利用光的衍射原理 C．光导纤维传递光信号是利用光的色散原理 D．目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝
11．(2009年高考山东理综卷)一束单色光由左侧射入盛有清水的 薄壁圆柱形玻璃杯，图13－2－17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发生全反射．已知水的折 射率为4/3，求sinα的值 . 解：1.发生全反射时 sinC=1/n 2.折射定律 n=sinα/sinβ 而β=900-C 解得：sinα=√7/3
n2 1 ,光将全部从右侧射出。
若上述直纤维棒长L，从另一端射出所需最长时间多少？
分析：所需时间最长，则路程最 长，即入射光线AB最长。
入射角为临界角C即发生全反射， 光才能全部从另一端射出。 （多次全反射和一次全反射计算 结果同,只不过分成若干段) A
B C
D
解：设一次全反射时路程S=2AB=2×0.5L/SinC=nL. 光在纤维中的速度v=c/n ∴最长时间t=S/V=n2L/C
实验探究
注意观察随着入射角的增大，反射光和 折射光的能量如何变化． 当入射角增大到某一值时，会出现什么 现象．
光由光密介质射入光疏介质时，随 着入射角的增大，当折射角增大到90° 时，折射光线完全消失，只剩下反射光 线，这种现象叫做全反射． 光由光疏介质射入光密介质时, 能否发生全 反射？
当i增大到一定角度时，r接近900.i再 增大，即发生全反射。
类型二
例2
有关临界问题的求解
在厚度为d、折射率为n=2的大玻璃板下表面，有一个半 径为r的圆形发光面，为了从玻璃板的上方看不见这个圆 形发光面，可在玻璃板的上表面贴一块圆形纸片，问所贴 纸片的最小半径应为多大？ 解：1.设发光面发出的光射到 A点，发生刚全反射。 则n=1/sinc , c=300,
3、全反射棱镜：（截面为等腰直角三角形的棱 镜）
45 45 45
45 45 45
SWF
A、原理：利用全反射原理
B、作用：改变光路
C、优越性：反光率高,接近达到100%，成 像失真小. D、应用：精密昂贵的光学仪器中，比方说 显微镜，单反相机，潜望镜，望远镜……
4、珠宝的鉴赏（ 玻璃：320-420 金 刚石：24.40）
2、光导纤维：
光导纤维的用途很大，医学上将其制成内 窥镜，用来检查人体内脏的内部
光导纤维在医学上的 应用
SWF
内窥镜的结构
内 层 折 射 率 大 于 外 层 折 射 率
A、原理：利用全反射原理（思考光 纤内外层折射率的差别） B、作用：传输光、图象或者其他信 息 C、优越性：光纤通信的主要优点 是容量大、衰减小、抗干扰性强． D、应用：光纤通信，医学及工业内 窥镜，饰品等……
β
12．如图13－2－18所示，玻璃棱镜ABCD可以看成是由ADE、 ABE、BCD三个直角三棱镜组成．一束频率为5.3×1014 Hz的 单色细光束从AD面入射，在棱镜中的折射光线如图中ab所示， ab与AD面的夹角α＝60°.已知光在真空中的速度c＝3×108 m/s，玻璃的折射率n＝1.5，求： (1)这束入射光线的入射角多大？ (2)光在棱镜中的波长是多大？ (3)该束光线第一次从CD面出射时的折射角．(结果可用三角 函数表示)
6．(2010年厦门模拟)如图13－2－13所示，一束光从空气中 射向折射率n＝√2的某种玻璃的表面，i表示入射角，则下列说 法中不正确的是( A ) A．当i>45°时会发生全反射现象 B．无论入射角是多大，折射角r都不会超过45° C．欲使折射角r＝30°，应以i＝45°的角度入射 D．当入射角i＝arctan √2时，反射光线跟折射光线恰好垂直 临界角SinC=1/n, C=450. n=sini/sinr i＝arctan √2 , sini= √6/3 , cosi= √3/3 n=sini/sinr, sinr= √3/3 i
发生反射和折射。α=6来自0，发生全反射7．如图13－2－14所示，两束相同的平行单色光a、b照射 到一块矩形玻璃砖的上表面，发生折射后分别照射到PQ和NQ 界面上，下列说法中正确的是( C ) A．两束折射光都可在界面上发生全反射 B．两束折射光都不会在界面上发生全反射 C．折射光d可能发生全反射 D．折射光c可能发生全反射
)
3．光在某种介质中传播的速度为1.5×108 m/s，那么，光 从此介质射向空气并发生全反射的临界角应为( ) C A．60° B．45° C．30° D．75° n=1/SinC=C/V 4．已知某种介质的折射率n＝ 2 ，在这种介质与空气的交 界面MN上有光线入射，如图13－2－10所画的光路中，哪个是 正确的(MN上部是空气，MN下部是介质)( ) C 1.全反射条件:SinC=1/n
发生全反射
第三课时 1.半径R的1/4的球体放在水平面上，n=√3的透明材料造成。 现有一束如图光线，出射光线如图。求θ Sini= √3/2, n=sin i=600. θ=600. √3R/2 i
i
i
n=sini/sinr, r=300. θ/sin300.
r
2.河宽6m，小孩高1.5m,对岸的树高3m,河底有石块。小孩看 到树顶和石块，且二者的像重合，水的折射率n=4/3.求河深 小孩看到的是树像，是反射成像。 则：3tan i+1.5tan i=6 tani=4/3, sini=4/5 i i i i P P到岸的距离L=3tani=4m n=sini/sinr r
Sinr=4/√42+h2