光的全反射光导纤维及其应用ppt课件

第2节光的全反射第3节光导纤维及其应用 界面 玻璃 光疏介质 两种介质中折射率较小的介质 光密介质 两种介质中折射率较大的介质 一 光疏介质和光密介质 水 练习1 根据表格回答问题 1 玻璃相对于水是介质玻璃相对于金刚石是介质 注意 光密介质 和 光疏介质 是相对而言的 对其界定是以折射率为依据的 光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的小 光密 光疏 练习2 根据下列光路图回答问题 A B两种介质中介质是光密介质 B 思考 逐渐增大入射角 折射角如何变化 思考 当光由光密介质射入光疏介质的时候 当入射角增大到一定的程度的时候 折射角先达到900 如果再增大入射角情况会怎么样呢 着重观察 先后发生了什么现象和光线的亮暗比较 二 全反射 折射角逐渐 折射光线亮度逐渐 反射角逐渐 反射光线亮度逐渐 当入射角增大到某一角度时 折射光线 所有光线全部反射 观察现象后回答 随着入射角的逐渐增大的过程中 1 全反射定义 当光从光密介质射入光疏介质时 入射角逐渐增大到某一角度时 折射角达到90 折射光线完全消失的现象 2 临界角 当光从光密介质射入光疏介质时 折射角等于900时的入射角叫做临界角 用C表示 3 发生全反射的条件 1 光从光密介质射入光疏介质 2 入射角等于或大于临界角 4 临界角C的大小 由折射定律可得 临界角的正弦值 5 几种常见介质的临界角 针对空气 折射率越大 全反射临界角越小 三 常见全反射现象及解释 海市蜃楼 1 对 海市蜃楼 的解释 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气分成许多水平的空气层 如图4 2 2所示 图4 2 2 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大的下一层 3 虚像的形成 当光线进入人的眼睛时 人总认为光是从反向延长线方向发射而来的 所以地面附近的观察者就可以观察到虚像 且虚像成像于远处的半空中 这就是 海市蜃楼 的景象 2 对 沙漠蜃景 的解释 1 气候条件 夏天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 2 光路分析 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 3 虚像的形成 人们逆着反射光线看去 就会看到远处物体的倒景 如图4 2 3 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 但总是可望而不可及 图4 2 3 3 炎热夏季的柏油马路路面看起来特别亮在炎热夏季的柏油马路 或高速公路 上 会看到远一点的路面上特别亮 像洒了水一样湿漉漉的 这是因为贴近热路面附近的空气层稀薄 比上层空气的折射率小 从远处射向路面的光线 也可能发生全反射 从远处看去 路面就像用水淋过一样 显得格外明亮光滑 沙漠中行走的人在夏季会看到远方特别亮 就像有湖泊一样 与柏油马路面看起来特别亮道理相同 4 水或玻璃中的气泡特别明亮水或玻璃中的物体能被我们看见 是因为光照射物体时 有一部分光被物体反射 其中的一部分进入人的眼睛 引起视觉的缘故 水或玻璃中的气泡对于水或玻璃来说是光疏介质 光经水或玻璃照射气泡时 一部分光会发生全反射 相对水或玻璃中的物体而言 有更多的光反射到人的眼睛中 光的能量大了 人眼会感觉特别明亮 海面上泛起的浪花看上去是白色的也是这个道理 特别提醒 解释生活中常见全反射问题 关键是确定以下两点 哪部分是光疏介质 哪部分是光密介质 入射光的来源和观察者的位置 即时应用 即时突破 小试牛刀 夏天 海面下层空气的温度比上层低 我们设想海面上的空气是由折射率不同的许多水平空气层组成的 远处的景物发出的或反射的光线由于不断折射 越来越偏离法线方向 人们逆着光线看去就出现了海市蜃楼 如图4 2 4所示 下列说法中正确的是 图4 2 4 A 海面上层空气的折射率比下层空气的折射率要小B 海面上层空气的折射率比下层空气的折射率要大C 海市蜃楼是景物的实像D B是海市蜃楼 A是景物 解析 选A 因为海面上层空气相对下层空气为光疏介质 则海面上层空气的折射率比下层空气的折射率要小 故A正确 B错误 由于人的视觉总是认为光沿直线传播 观察到的是虚像 故C D错误 当光线由AB面垂直入射时 横截面是等腰直角三角形的棱镜 当光线由AC面垂直入射时 变化90 变化180 A B C C B A 在AC面发生全反射 垂直由BC面出射 在AB BC面发生两次全反射 垂直由AC面出射 全反射棱镜 四 全反射的应用实例 一般的平面镜都是在玻璃的后面镀银 但是银面容易脱落 因此对于精密的光学仪器 如照相机 望远镜 显微镜等 就需要用全反射棱镜代替平面镜 与平面镜相比 它的反射率高 几乎可达100 五 光导纤维 光纤 内窥镜的结构 光导纤维在医学上的应用 三 光导纤维1 构造及传输原理光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝 直径只有1 m 10 m左右 如图4 2 5所示 它是由内芯和外层两层组成 内芯的折射率大于外层的折射率 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 图4 2 5 2 光纤通信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 光导纤维合成一束 并使两端的纤维按严格相同的次序排列 就可以传输图像 1 劣质的玻璃中往往含有气泡 这些空气泡看上去比较亮 对这一现象有下列不同的解释 其中正确的是 A空气泡对光线有聚集作用 因而较亮 B 空气泡对光线有发散作用 因而较亮 C 从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分发生全反射 因而较亮 D 从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分发生全反射 因而较亮 D 巩固练习 2 某介质的折射率为 2 一束光从介质射向空气 入射角为60 如图1所示的哪个光路图是正确的 D 3 劣质的玻璃中往往含有气泡 这些空气泡看上去比较亮 对这一现象有下列不同的解释 其中正确的是 A空气泡对光线有聚集作用 因而较亮 B 空气泡对光线有发散作用 因而较亮 C 从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分发生全反射 因而较亮 D 从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分发生全反射 因而较亮 D 4 在潜水员看来 岸上的所有景物 都出现在一个倒立的圆锥里 为什么 这个圆锥的顶角是多大 C 水的折射率为1 33所以C 48 80则有圆锥顶角 2C 97 60 在水中的鱼看来 水面上和岸上的所有景物 都出现在顶角约为97 6 的倒立圆锥里 小结 一 全反射及其产生条件1 光疏介质和光密介质对两种不同的介质 折射率 的介质叫做光疏介质 折射率 的介质叫做光密介质 2 全反射光从 介质射向 介质时 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光密介质的现象 较小 较大 光密 光疏 3 临界角 1 概念 刚好发生全反射 即折射角等于 时的入射角 用字母C表示 2 临界角与折射率的关系 定量关系 光由某种介质射入空气 或真空 时 sinC 公式 定性关系 介质折射率越大 发生全反射的 越小 越容易发生全反射 90 临界角 4 发生全反射的条件是 1 光由 射入 2 入射角 临界角 二 对全反射现象的解释1 解释全反射现象 1 水或玻璃中的气泡看起来特别亮 是由于光射到气泡上发生了 光密介质 光疏介质 大于等于 全反射 2 在沙漠里 接近地面的热空气的折射率比上层空气的折射率 从远处物体射向地面的光线的入射角大于临界角时发生 人们就会看到远处物体的倒景 2 全反射棱镜 1 形状 截面为 三角形的棱镜 小 全反射 等腰直角 三