光的全反射光导纤维及其应用

1、第第2节光的全反射节光的全反射第第3节光导纤维及其应用节光导纤维及其应用界面界面 玻璃玻璃 光疏光疏介质介质: :两种介质中两种介质中折射率折射率较小较小 的介质的介质. . 光密光密介质介质: :两种介质中两种介质中折射率折射率较大较大 的介质的介质. .一、光疏介质和光密介质一、光疏介质和光密介质水水练习练习1：根据表格回答问题：根据表格回答问题介质介质水水玻璃玻璃金刚石金刚石折射率折射率n1.331.51.9n2.42（1 1）玻璃相对于水是）玻璃相对于水是 介质介质 玻璃相对于金刚石是玻璃相对于金刚石是 介质介质注意：注意： “光密介质光密介质”和和“光疏介质光疏介质” 是是相对相对而

2、言的，对其界定是以而言的，对其界定是以折射率折射率为依据为依据的的。光在光密介质中的传播速度比在光疏光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的介质中的小小。光密光密光疏光疏练习练习2：根据下列光路图回答问题：根据下列光路图回答问题 A A、B B两种介质中介质两种介质中介质 是光密介质是光密介质B思考：思考：逐渐增大入射角，折射角如何变化？逐渐增大入射角，折射角如何变化？介质介质A A 介质介质B B界面界面法线法线思考：思考：当光由光密介质射入光疏介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质的时候，当入射角增大到一定的程度的时候，度的时候，折射角先达到折射角先达到900，如果再

3、，如果再增大入射角情况会怎么样呢？增大入射角情况会怎么样呢？ 着重观察着重观察：先后发生了什么：先后发生了什么现象现象和光线的和光线的亮暗亮暗比较比较二、全反射二、全反射1.折射角逐渐折射角逐渐 ；2.折射光线亮度逐渐折射光线亮度逐渐 ；3.反射角逐渐反射角逐渐 ；4.反射光线亮度逐渐反射光线亮度逐渐 ； 5.当入射角增大到某一角度时，当入射角增大到某一角度时， 折射光线折射光线 ，所有光线全部反射。所有光线全部反射。观察现象后回答：观察现象后回答：随着入射角的逐渐增大的过程中随着入射角的逐渐增大的过程中增大增大减弱减弱增大增大增强增强消失消失1 1、全反射定义全反射定义：当光从：当光从光密光

4、密介质射入介质射入光疏光疏介质时，入射角逐渐增大到某一角度时，折介质时，入射角逐渐增大到某一角度时，折射角达到射角达到9090，折射光线完全，折射光线完全消失消失的现象。的现象。2 2、临界角临界角：当光从光密介质射入光疏：当光从光密介质射入光疏介质时，介质时，折射角等于折射角等于90900 0时的入射角时的入射角叫做叫做临界角。用临界角。用C C表示。表示。3.发生全反射的条件：发生全反射的条件：(1)(1)光从光密介质射入光疏介质光从光密介质射入光疏介质(2)(2)入射角等于入射角等于或或大于临界角大于临界角4、临界角、临界角C的大小：的大小：Cnsin90sin0由折射定律可得：由折射定

5、律可得：临界角的正弦值：临界角的正弦值：nC1sin界面界面真空真空 介质介质法线法线C5.5.几种常见介质的临界角（针对空气）几种常见介质的临界角（针对空气）介质介质水水 各种玻璃各种玻璃金刚石金刚石 折射率折射率 1.331.33 1.5 1.51.91.9 2.422.42临界角临界角.nC1sin折射率越大折射率越大,全反射临界角越小全反射临界角越小.三、常见全反射现象及解释三、常见全反射现象及解释海市蜃楼海市蜃楼1对对“海市蜃楼海市蜃楼”的解释的解释(1)气候条件：当大气比较平静且海面与上层空气候条件：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气温差较大时，

6、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，如图平的空气层，如图422所示所示图图422(2)光路分析：远处的景物反射的光线射向空中时，不断光路分析：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，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，就会发生当光线的入射角大到临界角时，就会发生全反射全反射现象，现象，

7、光线就会从高空的空气层中通过空气的折射逐渐返回折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射率较大的下一层(3)虚像的形成：当光线进入人的眼睛时，虚像的形成：当光线进入人的眼睛时，人总认为光是人总认为光是从反向延长线方向发射而来的从反向延长线方向发射而来的，所以地面附近的观察者，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就可以观察到虚像且虚像成像于远处的半空半空中，这就中，这就是是“海市蜃楼海市蜃楼”的景象的景象2对对“沙漠蜃景沙漠蜃景”的解释的解释(1)气候条件：夏天在沙漠里也会看到蜃景，太气候条件：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

8、层比上层空阳照到沙地上，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看到远处物体的倒景(如图如图423)，仿佛是从，仿佛是从水面反射出来的一样沙漠里的行人常被这种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，但景象所迷惑，以为前方有水源而

9、奔向前去，但总是可望而不可及总是可望而不可及图图4233炎热夏季的柏油马路路面看起来特别亮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在炎热夏季的柏油马路(或高速公路或高速公路)上，会看到上，会看到远一点的路面上特别亮，像洒了水一样湿漉漉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，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淋过一样，显得格外明亮光滑沙

10、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，一部分光会发质，光经水或玻璃照射气泡时，一部分光会发生全反射，

11、相对水或玻璃中的物体而言，有更生全反射，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是白色的也是这个道理特别提醒：特别提醒：解释生活中常见全反射问题，关键解释生活中常见全反射问题，关键是确定以下两点：是确定以下两点：哪部分是光疏介质，哪部分是光密介质哪部分是光疏介质，哪部分是光密介质入射光的来源和观察者的位置入射光的来源和观察者的位置即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀) 夏天，海面下层空气的温度比上层低，我们夏天，

12、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，如图逆着光线看去就出现了海市蜃楼，如图424所示，下列说法中正确的是所示，下列说法中正确的是()图图424A海面上层空气的折射率比下层空气的折射率海面上层空气的折射率比下层空气的折射率要小要小B海面上层空气的折射率比下层空气的折射率海面上层空气的折射率比下层空气的折射率要大要大C海市蜃楼是景物的实

13、像海市蜃楼是景物的实像DB是海市蜃楼，是海市蜃楼，A是景物是景物解析：解析：选选A.因为海面上层空气相对下层空气为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，故气的折射率要小，故A正确；正确；B错误；由于人的错误；由于人的视觉总是认为光沿直线传播，观察到的是虚像，视觉总是认为光沿直线传播，观察到的是虚像，故故C、D错误错误当光线当光线由由AB面面垂直入射时：垂直入射时：当光线当光线由由AC面垂直面垂直入射时：入射时：ABCCBA在在AC面发生全反射，面发生全反射，垂直由垂直由BC面出射面出射在在AB、 BC面发生

14、两次全面发生两次全反射，垂直由反射，垂直由AC面出面出射射全反射棱镜全反射棱镜四、全反射的应用实例 一一般的平面镜都是在玻璃的后面镀银般的平面镜都是在玻璃的后面镀银， 但但是是银面容易脱落因银面容易脱落因此对于精密的光学仪器，此对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜等，就需要用全如照相机、望远镜、显微镜等，就需要用全反射反射棱镜代替平面镜与平面镜相比棱镜代替平面镜与平面镜相比,它的反它的反射率高射率高,几乎可达几乎可达100% 五、光导纤维五、光导纤维-光纤光纤内窥镜的结构 光导纤维在医学上的应用三、光导纤维三、光导纤维1构造及传输原理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

15、有光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1 m10 m左右如图左右如图425所示，它是由所示，它是由内芯和外层两层组成，内芯的折射率大于外层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，从另一端射出过多次全反射，从另一端射出图图4252.光纤通信光纤通信 光导纤维可以远距离传播光，光信号又可以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、图像如果把转换成电信号，进而变为声音、图像如果把许多许多(上万根上万根)光导纤维合成一束，并使两端的纤光导纤维合成一束，并使两端的纤维按严格相同的次序

16、排列，就可以传输图像维按严格相同的次序排列，就可以传输图像1。劣质。劣质的玻璃中往往含有气泡的玻璃中往往含有气泡.这些空气这些空气泡看上去比较亮泡看上去比较亮,对这一现象有下列不同对这一现象有下列不同的解释的解释,其中正确的是其中正确的是()A空气泡对光线有聚集作用空气泡对光线有聚集作用,因而较亮因而较亮.B.空气泡对光线有发散作用空气泡对光线有发散作用.因而较亮因而较亮.C.从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分发生全反射发生全反射,因而较亮因而较亮.D.从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分发生全反射发生全反射,因而较亮因而较亮.

17、D巩固练习： 2.某介质的折射率为某介质的折射率为2，一束光从介质射，一束光从介质射向空气，入射角为向空气，入射角为60，如图，如图1所示的哪所示的哪个光路图是正确的个光路图是正确的? D3.劣劣质的玻璃中往往含有气泡质的玻璃中往往含有气泡.这些空气泡这些空气泡看上去比较亮看上去比较亮,对这一现象有下列不同的对这一现象有下列不同的解释解释,其中正确的是其中正确的是()A空气泡对光线有聚集作用空气泡对光线有聚集作用,因而较亮因而较亮.B.空气泡对光线有发散作用空气泡对光线有发散作用.因而较亮因而较亮.C.从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分发生全反射发生全反射,因

18、而较亮因而较亮.D.从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分发生全反射发生全反射,因而较亮因而较亮.D4.在在潜水员看来，岸上的所有景物，都出现在一个倒立的圆锥里，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？为什么？这个圆锥的顶角是多大？C水的折射率为水的折射率为1.33 所以所以C=48.80则有圆锥顶角则有圆锥顶角=2C=97.60nC1sin 在水中的鱼看来，水在水中的鱼看来，水面上和岸上的所有景面上和岸上的所有景物，都出现在顶角约物，都出现在顶角约为为97.697.6的倒立圆锥里的倒立圆锥里小结小结一、全反射及其产生条

19、件一、全反射及其产生条件1光疏介质和光密介质光疏介质和光密介质对两种不同的介质，折射率对两种不同的介质，折射率_的介质叫做的介质叫做光疏介质，折射率光疏介质，折射率_的介质叫做光密介的介质叫做光密介质质2全反射全反射光从光从_介质射向介质射向_介质时，当入射角增介质时，当入射角增大到一定程度时，折射光线大到一定程度时，折射光线完全消失完全消失，全部，全部光线都被反射回光密介质的现象光线都被反射回光密介质的现象较小较小较大较大光密光密光疏光疏3临界角临界角(1)概念：刚好发生全反射概念：刚好发生全反射(即折射角等于即折射角等于_)时时的入射角用字母的入射角用字母C表示表示(2)临界角与折射率的关

20、系临界角与折射率的关系定量关系：光由某种介质射入空气定量关系：光由某种介质射入空气(或真空或真空)时，时，sinC_(公式公式)定性关系：介质折射率越大，发生全反射的定性关系：介质折射率越大，发生全反射的_越小，越容易发生全反射越小，越容易发生全反射90临界角临界角4发生全反射的条件是：发生全反射的条件是：(1)光由光由_射射入入_；(2)入射角入射角_临界角临界角二、对全反射现象的解释二、对全反射现象的解释1解释全反射现象解释全反射现象(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射到气泡上发生了_光密介质光密介质光疏介质光疏介质大于等于大于等于全反射全反射(2)在沙漠里，接近地面的热空气的折射率比上在沙漠里，接近地面的热空气的折射率比上层空气的折射率层空气的折射率_，从远处物体射向地面的光，从