資源簡介

(共40張PPT)
4.2 全反射
01
02
全反射棱鏡
03
光導(dǎo)纖維
04
目錄
典型例題
典型例題
全反射
新課引入
水中的氣泡和葉子上的露珠看起來特別明亮，這又是為什么呢？
1、全反射
光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)
1.光疏介質(zhì)：折射率較小的介質(zhì)（光在光疏介質(zhì)中傳播速度相對較大）。
2.光密介質(zhì)：折射率較大的介質(zhì)（光在光密介質(zhì)中傳播速度相對較小）。
特別提醒：
光疏和光密是從介質(zhì)的光學(xué)特性來說的,并不是它的密度大小。如,酒精的密度比水小,但酒精和水相比,酒精是光密介質(zhì)。

光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解
折射角、入射角與介質(zhì)
5.折射角與入射角：光由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)，折射角小于入射角。光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，折射角大于入射角。


O
空氣
水
光疏介質(zhì)
光密介質(zhì)
思考：光由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，如果入射角不斷增大，使折射角增大到90 時(shí)，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？


O
光疏介質(zhì)
光密介質(zhì)
空氣
水
實(shí)驗(yàn)與觀察
現(xiàn)象：隨著入射角的逐漸增大的過程中，折射角逐漸增大 ；折射光線亮度逐漸減弱；反射角逐漸增大；反射光線亮度逐漸增強(qiáng)；當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí)，折射光線消失，所有光線全部反射。
全反射
全反射：當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，入射角逐漸增大到某一角度，光線全部被反射回原光密介質(zhì)的現(xiàn)象。
臨界角：當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，折射角等于900角時(shí)的入射角叫做臨界角。用C表示。
玻璃
空氣
發(fā)生全反射的條件
1.光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；
2.入射角等于或大于臨界角；
臨界角C的大小由折射率可得：
玻璃
空氣
臨界角的正弦值：

思考與拓展
由于不同介質(zhì)的折射率不同，在光從介質(zhì)射入空氣（真空）時(shí)，發(fā)生全反射的臨界角是不一樣的。怎樣計(jì)算光從折射率為 n 的某種介質(zhì)射入空氣（真空）發(fā)生全反射時(shí)的臨界角 C ？
計(jì)算時(shí)可以先考慮圖的情形——光以接近 90°的入射角從空氣射入介質(zhì)，求出這時(shí)的折射角。根據(jù)光路可逆的道理，也就知道光從介質(zhì)射入空氣時(shí)發(fā)生全反射的臨界角了。
不同介質(zhì)的臨界角
介質(zhì) 水 玻璃 金剛石
折射率n 1.33 1.5~1.9 n＝2.42
臨界角C 48.8 ° 32 °~ 42 ° 24.4 °
教材例題
在潛水員看來，岸上的所有景物都出現(xiàn)在一個(gè)倒立的圓錐里，為什么？這個(gè)圓錐的頂角是多大？

設(shè)圓錐的頂角為α，則有α＝2C＝97.6°即圓錐的頂角為97.6°。

2、全反射棱鏡
全反射棱鏡
全反射棱鏡：玻璃棱鏡的截面為等腰直角三角形，當(dāng)光從圖中所示的方向射入玻璃時(shí)，由于光的方向與玻璃面垂直，光線不發(fā)生偏折。但在玻璃內(nèi)部，光射向玻璃與空氣的界面時(shí)，入射角大于臨界角，發(fā)生全反射。
與平面鏡相比，它的反射率高，幾乎可達(dá) 100%。這種棱鏡在光學(xué)儀器中可用來改變光的方向。
全反射棱鏡光路
當(dāng)光線由AB面垂直入射時(shí)：
橫截面是等腰直角三角形的棱鏡
當(dāng)光線由AC面垂直入射時(shí)：
變化90 °
變化180 °
A
B
C
C
B
A
在AC面發(fā)生全反射，垂直由BC面出射．
在AB、 BC面發(fā)生兩次全反射，垂直由AC面出射．
雙筒望遠(yuǎn)鏡中的全反射棱鏡
全反射棱鏡的應(yīng)用
自行車尾燈
全反射棱鏡的應(yīng)用
潛望鏡
全反射棱鏡的應(yīng)用
3、光導(dǎo)纖維
如圖,激光筆發(fā)出的光射入一根彎曲的有機(jī)玻璃棒的一端，觀察光傳播的路徑有什么特點(diǎn)。
觀察光在彎曲的有機(jī)玻璃棒中的傳播路徑
當(dāng)光在有機(jī)玻璃棒內(nèi)傳播時(shí)，如果從有機(jī)玻璃射向空氣的入射角大于臨界角，光會(huì)發(fā)生全反射，于是光在有機(jī)玻璃棒內(nèi)沿著鋸齒形路線傳播。這就是光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理。
實(shí)用光導(dǎo)纖維的直徑只有幾微米到一百微米。因?yàn)楹芗?xì)，一定程度上可以彎折。它由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射。
光導(dǎo)纖維
光導(dǎo)纖維應(yīng)用1——內(nèi)窺鏡
如果把光導(dǎo)纖維聚集成束，使纖維在兩端排列的相對位置一樣，圖像就可以從一端傳到另一端（圖 1）。 醫(yī)學(xué)上用這種光纖制成內(nèi)窺鏡（圖 2）用來檢查人體胃、腸、氣管等臟器的內(nèi)部。 實(shí)際的內(nèi)窺鏡裝有兩組光纖，一組把光傳送到人體內(nèi)部進(jìn)行照明，另一組把體內(nèi)的圖像傳出供醫(yī)生觀察。
圖2
圖1
光導(dǎo)纖維的用途很大，醫(yī)學(xué)上將其制成內(nèi)窺鏡，用來檢查人體內(nèi)臟的內(nèi)部實(shí)際的內(nèi)窺鏡裝有兩組光纖，一組把光傳送到人體內(nèi)部進(jìn)行照明，另一組把體內(nèi)的圖像傳出供醫(yī)生觀察。
內(nèi)窺鏡的結(jié)構(gòu)
光導(dǎo)纖維在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用
光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)：
容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng)。
光纖
光導(dǎo)纖維應(yīng)用2——光纖通信
光也可以像無線電波那樣，作為載體來傳遞信息。載有聲音、圖像以及各種數(shù)字信號的激光從光纖的一端輸入，就可以傳到千里以外的另一端，實(shí)現(xiàn)光纖通信。
將塑料瓶下側(cè)開一個(gè)小孔，瓶中灌入清水，水就從小孔流出。用激光水平射向塑料瓶小孔（圖激光可由激光筆產(chǎn)生），觀察光的傳播路徑。
水流導(dǎo)光
做一做——水流導(dǎo)光
水流導(dǎo)光的原理
原理：和光導(dǎo)纖維（光纖）是一個(gè)原理，光在從一種介質(zhì)到另一種介質(zhì)中的時(shí)候會(huì)發(fā)生反射和折射，使得光在介質(zhì)內(nèi)部多次反射最終從另一個(gè)方向投射出來。
光纖裝飾照明
問題與思考
思考1：水中的魚看水面和岸上的景物，是一種什么體驗(yàn)?zāi)兀?br/>水的折射率為1.33 所以C=48.80
則有圓錐頂角θ=2C=97.60
結(jié)論：水中的一切生物看水面上和岸上的所有景物，都出現(xiàn)在頂角約為97.6°的倒立圓錐里。
光的反射
結(jié)論：光從水中射向空氣時(shí)，一部分光在分界面上發(fā)生了全反射。
思考2：草葉上露珠特別明亮，為什么？
光的反射
思考3：海市蜃景和沙漠蜃景有區(qū)別嗎？
夏天，在氣壓恒定的海面上，空氣密度隨高度增加而減小，對光的折射率也隨之減小，從而形成一具有折射率梯度的空氣層.當(dāng)光線通過此空氣層時(shí)，將發(fā)生偏折.
1.上現(xiàn)蜃景——海市蜃樓
2.下現(xiàn)蜃景——沙漠蜃景
在沙漠里，白天沙石被太陽曬得灼熱，接近沙層的氣溫升高極快。由于空氣不善于傳熱，所以在無風(fēng)的時(shí)候，空氣上下層間的熱量交換極小，遂使下熱上冷的氣溫垂直差異非常顯著，并導(dǎo)致下層空氣密度反而比上層小的反常現(xiàn)象.
4、典型例題
1、(多選)如圖所示,ABCD是兩面平行的透明玻璃磚,AB面和CD面是玻璃和空氣的界面,分別設(shè)為界面Ⅰ和界面Ⅱ。光線從界面Ⅰ射入玻璃磚,再從界面Ⅱ射出回到空氣中。如果改變光到達(dá)界面Ⅰ時(shí)的入射角,則(　　)
A.只要入射角足夠大,光線在界面Ⅰ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象
B.只要入射角足夠大,光線在界面Ⅱ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象
C.不管入射角多大,光線在界面Ⅰ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象
D.不管入射角多大,光線在界面Ⅱ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象
CD
【答案】：C、D
【解析】：在界面Ⅰ光由空氣進(jìn)入玻璃磚,是由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì),不管入射角多大,都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,C正確。在界面Ⅱ光由玻璃進(jìn)入空氣,是由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì),但由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行,光由界面Ⅰ進(jìn)入玻璃后再到達(dá)界面Ⅱ,在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角,故界面Ⅱ上的入射角總是小于臨界角,因此光在界面Ⅱ上不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象,選項(xiàng)B錯(cuò)誤,D正確。
2.如圖所示,AB為一直光導(dǎo)纖維,AB之間距離為s,使一光脈沖信號從光導(dǎo)纖維中間入射,射入后在光導(dǎo)纖維內(nèi)芯與外套的界面上恰好發(fā)生全反射,由A點(diǎn)傳輸?shù)紹點(diǎn)所用時(shí)間為t,求光導(dǎo)纖維所用材料的折射率n。(已知光在真空中的傳播速度為c)
3.如圖所示,AB為一直光導(dǎo)纖維,AB之間距離為s,使一光脈沖信號從光導(dǎo)纖維中間入射,射入后在光導(dǎo)纖維內(nèi)芯與外套的界面上恰好發(fā)生全反射,由A點(diǎn)傳輸?shù)紹點(diǎn)所用時(shí)間為t,求光導(dǎo)纖維所用材料的折射率n。(已知光在真空中的傳播速度為c)

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