光的全反射(选修3-4)

1、导入新课美丽的光纤装饰美丽的光纤装饰美美丽丽的的光光纤纤装装饰饰美丽的光纤装饰美丽的光纤装饰美丽的光纤装饰美丽的光纤装饰晶莹剔透的露珠晶莹剔透的露珠rinsinsin在光的反射和折射现象中，光路都是在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的可逆的。 折射定律折射定律 1.折射光线位于入射光线与法线所决定的平折射光线位于入射光线与法线所决定的平面内，折射光线和入射光线分别位于法线两侧面内，折射光线和入射光线分别位于法线两侧. 2.数学表达式数学表达式:入射角的正弦与折射角的正弦入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即成正比，即提问：折射定律的内容是什么？提问：折射定律的内容是什么？第第3 3节节 全反射

2、全反射掌握临界角的概念和发生全反射的条件掌握临界角的概念和发生全反射的条件. .教学重难点教学重点教学重点全反射的应用，对全反射现象的解释全反射的应用，对全反射现象的解释教学难点教学难点本节导航1.定义定义: （1）光疏介质）光疏介质:两种介质中折射率较小的介质叫两种介质中折射率较小的介质叫做做光疏光疏介质介质. （2）光密介质）光密介质:两种介质中折射率较大的介质两种介质中折射率较大的介质叫做叫做光密光密介质介质.VCn 如何理解光疏介质和光密介质？如何理解光疏介质和光密介质？光疏介质和光密介质只是相对而言的光疏介质和光密介质只是相对而言的. .比如我和下面比如我和下面一位比身高一位比身高光

3、从光疏介质射入光密介质时，光从光疏介质射入光密介质时，入射角入射角_折射角折射角光从光密介质射入光疏介质时，光从光密介质射入光疏介质时，入射角入射角_折射角折射角 思考思考光进入不同介质时的角度大小关系：光进入不同介质时的角度大小关系： 1.光疏介质光密介质是相对而言的光疏介质光密介质是相对而言的.只有对给只有对给定的两种介质才能谈光疏介质与光密介质定的两种介质才能谈光疏介质与光密介质.没有没有绝对的光密介质绝对的光密介质. 2.光疏介质与光密介质的界定是以折射率为依光疏介质与光密介质的界定是以折射率为依据的据的,与介质的其它属性与介质的其它属性(如密度等如密度等)无关无关. n n水水1.3

4、3 1.33 n n玻璃玻璃1.5-1.91.5-1.9 n n金刚石金刚石2.42 2.42 水和酒精：水和酒精： n水水1.33 n酒精酒精1.36 酒精相对于水而言是光密介质，但酒精相对于水而言是光密介质，但水水酒精酒精 1 1 2 2N NNNA AOOB B光疏介质光密介质光密介质B B 1 1 2 2N NNNA AOO光密介质光密介质光疏介质光疏介质 逐渐增大入射角，当入射角增大到某一角逐渐增大入射角，当入射角增大到某一角度，折射角接近度，折射角接近9090时，继续增大入射角，这时，继续增大入射角，这时会发生什么情况？时会发生什么情况？1231231231231231231231

5、23123123123123=900 结论结论：随着入射角的增大，反射随着入射角的增大，反射角、折射角都随之增大，同时反射光的角、折射角都随之增大，同时反射光的强度增强，折射光的强度减弱强度增强，折射光的强度减弱.当入射当入射角达到某一角度时折射角为角达到某一角度时折射角为900，此时，此时，在界面上只有反射光线，没有折射光线，在界面上只有反射光线，没有折射光线，发生了全反射，此时的入射角叫做临界发生了全反射，此时的入射角叫做临界角，用角，用C表示表示.1. 全反射现象全反射现象 当光从当光从光密光密介质进入介质进入光疏光疏介质时，介质时，折射折射角大于入射角角大于入射角.当入射角增大到某一角

6、度时，当入射角增大到某一角度时，折射角等于折射角等于900，此时，此时，折射光完全消失折射光完全消失入射入射光全部返回原来的介质中，这种现象叫做全光全部返回原来的介质中，这种现象叫做全反射反射.2. 临界角临界角 光从光密介质射向光疏介质时，折射角等光从光密介质射向光疏介质时，折射角等于于900时的入射角用字母时的入射角用字母 C 表示表示.临界角是指光由临界角是指光由光密介质射向光疏介质时，发生全反射形象时光密介质射向光疏介质时，发生全反射形象时的最小入射角，是发生全反射的临界状态的最小入射角，是发生全反射的临界状态. 当光由当光由光密介质射入光疏介质光密介质射入光疏介质时：时：若入射角若入

7、射角 i C，则不发生全反射，既有反射，则不发生全反射，既有反射又有折射形象又有折射形象.若入射角若入射角 i C，则发生全反射形象，则发生全反射形象3.临界角的计算临界角的计算A.当光由某种介质射入真空或空气时当光由某种介质射入真空或空气时:nCCn1sin90sinarcsin0B.任意两种介质任意两种介质:n密密、n疏疏疏密nnCosin90sin故临界角故临界角C =C =)(sin1密疏nn= arcsin(= arcsin( ) )密疏nn 其中其中, n, n密密、n n疏疏分别为光密介质和光疏介质的绝分别为光密介质和光疏介质的绝对折射率对折射率. . n密对疏密对疏= 例：某介

8、质的折射率为例：某介质的折射率为根号根号2 2，一束光从介，一束光从介质射向空气，入射角为质射向空气，入射角为6060，图中光路图正确，图中光路图正确的是（的是（ ）D （1）光从）光从光密光密介质射向介质射向光疏光疏介质介质 （2）入射角）入射角大于或等于大于或等于临界角临界角,即即 i C以上两个条件必须同时满足，缺一不可以上两个条件必须同时满足，缺一不可 4.发生全反射的条件发生全反射的条件1. 露珠露珠3.海市蜃楼海市蜃楼 中新网中新网2004年年3月月16日电日电 ，15日上午日上午11时时30分左右分左右(北京时间北京时间10时时30分分)，日本根室市职员谷，日本根室市职员谷口博之

9、在北海道根室市口博之在北海道根室市海域的根室海峡上空，海域的根室海峡上空，观测到了观测到了船悬于半空的船悬于半空的海市蜃楼奇观海市蜃楼奇观，并将其，并将其拍摄下来。拍摄下来。 中央电视台记者中央电视台记者2001年年9月月12日沿着青日沿着青藏公路经过海拔藏公路经过海拔2675米的万长盐桥时，突米的万长盐桥时，突然看到远处的戈壁上，然看到远处的戈壁上，有沙丘飘浮在天空中，有沙丘飘浮在天空中，在阳光和浮云的作用在阳光和浮云的作用下，沙丘不断变幻着下，沙丘不断变幻着颜色，沙丘的周围是颜色，沙丘的周围是“波光粼粼的湖水波光粼粼的湖水”，水面映出清晰的倒影。水面映出清晰的倒影。 夏天，在气压恒定的海面

10、上，空气密度夏天，在气压恒定的海面上，空气密度随高度增加而减小，对光的折射率也随之减随高度增加而减小，对光的折射率也随之减小，从而形成一具有折射率梯度的空气层小，从而形成一具有折射率梯度的空气层. .当光线通过此空气层时，将发生偏转当光线通过此空气层时，将发生偏转. . 若人在较高处，看到的蜃景是由折射形若人在较高处，看到的蜃景是由折射形成的正立虚像；成的正立虚像；若人在较低处，看到的蜃景若人在较低处，看到的蜃景是由折射和全反射形成的倒立虚像是由折射和全反射形成的倒立虚像. . 海边、沙漠蜃景的成因海边、沙漠蜃景的成因4545454545454.全反射棱镜全反射棱镜5.光导纤维光导纤维光纤通讯

11、光纤通讯 一种利用光的全反射原理制成的能传导一种利用光的全反射原理制成的能传导光的玻璃丝，由内芯和外套组成，光的玻璃丝，由内芯和外套组成，直径只有直径只有几微米到几微米到100微米左右，内芯的折射率大于微米左右，内芯的折射率大于外套的折射率外套的折射率. 当光线射到光导纤维的端面上时，光线就当光线射到光导纤维的端面上时，光线就折射进入光导纤维内，经内芯与外套的界面发折射进入光导纤维内，经内芯与外套的界面发生生多次全反射多次全反射后，从光导纤维的另一端面射出，后，从光导纤维的另一端面射出，而不从外套散逸而不从外套散逸, ,故光能损耗极小故光能损耗极小. . 1880年，美国电话发明家贝尔就已经研

12、究年，美国电话发明家贝尔就已经研究并成功地发送与接收了光电话并成功地发送与接收了光电话 1881年，贝尔宣读了一篇题为关于利用光年，贝尔宣读了一篇题为关于利用光线进行声音的产生与复制的论文，报导了他的线进行声音的产生与复制的论文，报导了他的光电话装置光电话装置 1930年至年至1932年间，日本在东京的日本电报年间，日本在东京的日本电报公司与每日新闻社之间实现了公司与每日新闻社之间实现了3.6公里的光通信，公里的光通信，但在大雾大雨天气里效果很差但在大雾大雨天气里效果很差. 1927年，英国的贝尔德首闪利用光全反射现象制年，英国的贝尔德首闪利用光全反射现象制成石英纤维可解析图像成石英纤维可解析

13、图像 相关资料相关资料 1951年，荷兰和英国进行柔软纤维镜的研制年，荷兰和英国进行柔软纤维镜的研制 1970年美国康宁公司用高纯石英首次研制成功耗年美国康宁公司用高纯石英首次研制成功耗损率为每公里损率为每公里20分贝的套层光纤，使通信不纤研究跃分贝的套层光纤，使通信不纤研究跃进了一大步一根光纤可以传输进了一大步一根光纤可以传输150万路电话和万路电话和2万套万套电视电视. 1953年，荷兰人范赫尔把一种折射率为年，荷兰人范赫尔把一种折射率为1.47的塑料涂在玻璃纤维上，形成比玻璃纤维芯折的塑料涂在玻璃纤维上，形成比玻璃纤维芯折射率低的套层，得到了光学绝缘的单根纤维射率低的套层，得到了光学绝缘

14、的单根纤维 80年代末，在不到年代末，在不到10年时间内光缆就越过大西年时间内光缆就越过大西洋，联结了欧洲和美洲洋，联结了欧洲和美洲. 1993年光缆跨过太平洋，把美国、加拿大和日本年光缆跨过太平洋，把美国、加拿大和日本联结起来联结起来. 一、光疏介质与光密介质一、光疏介质与光密介质1.定义定义折射率较小的介质叫做折射率较小的介质叫做光疏光疏介质介质. .折射率较大的介质叫做折射率较大的介质叫做光密光密介质介质. .2.理解理解相对性相对性. .以折射率为依据的，与介质的其它属以折射率为依据的，与介质的其它属性无关性无关. . 课堂小结二、全反射二、全反射1.全反射现象全反射现象 当光从当光从

15、光密光密介质进入介质进入光疏光疏介质时，介质时，折射角折射角大于入射角大于入射角. .当入射角增大到某一角度时，折射当入射角增大到某一角度时，折射角等于角等于90900 0，此时，此时，折射光完全消失折射光完全消失入射光全部入射光全部返回原来的介质中，这种现象叫做全反射返回原来的介质中，这种现象叫做全反射. .2.临界角临界角发生全反射形象时的最小入射角发生全反射形象时的最小入射角. .3.临界角的计算临界角的计算4.发生全反射的条件发生全反射的条件: （1）光从光密介质射向光疏介质）光从光密介质射向光疏介质 （2）入射角大于或等于临界角）入射角大于或等于临界角,即即 i C 三、全反射的应用

16、三、全反射的应用 会解释光导纤维、自行车的尾灯、海边、会解释光导纤维、自行车的尾灯、海边、沙漠的蜃景、早晨闪亮的露珠等沙漠的蜃景、早晨闪亮的露珠等 1 . 一透明塑料棒的折射率为一透明塑料棒的折射率为 n ,光线由棒的一端光线由棒的一端面射入，当入射角面射入，当入射角 i 在一定范围内变化时，光将在一定范围内变化时，光将全部从另一端面射出全部从另一端面射出.当入射角为当入射角为 i 时，光在棒时，光在棒的内侧面恰好发生全反射的内侧面恰好发生全反射.求求i的范围的范围.课堂练习C2由图可知，光在左端面折射时的折射角由图可知，光在左端面折射时的折射角 由折射定律得由折射定律得：Cirincossinsinsin故有故有：CnCni2sin1cossin11sin212nnin所以只要所以只要 光将全部从右端面射出光将全