高中物理人教版选修3-4课件：13.2 全反射

2.全反射1.知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念。2.理解全反射的条件,并能用来分析解决有关问题。3.了解全反射棱镜和光导纤维的工作原理及应用。1.光的全反射现象(1)光疏介质和光密介质:折射率较大的介质称为光密介质,折射率较小的介质称为光疏介质,光密介质与光疏介质具有相对性。(2)全反射现象:光由光密介质进入光疏介质时,如果入射角逐渐增大,那么折射光离法线越来越远,而且越来越弱。当入射角增大到某一角度,使折射角达到90°时,折射光完全消失,只剩下反射光,这种现象叫作全反射。这时的入射角称为临界角,用C表示。①临界角的含义:折射角为90°时的入射角。②规律:发生全反射时,符合光的反射定律。(4)全反射条件:①光从光密介质射到光疏介质;②入射角大于或等于临界角。2.全反射现象的应用(1)棱镜:横截面为三角形的棱镜称为三棱镜。①横截面为正三角形的称为正三棱镜。②横截面为等腰直角三角形的棱镜称为全反射棱镜。③棱镜对光线的控制作用:使通过的光线向底边偏折。(2)利用全反射棱镜可以把光线的传播方向改变90°,也可以改变180°。如图甲、乙所示,全反射棱镜改变光路的两种常见情况,它们分别将光路改变了多少度?提示:甲改变了90°,乙改变了180°。3.光纤及其应用(1)光纤的原理:光纤由内芯和外套构成,内芯的折射率大于外套的折射率,光从一端进入内芯,在内芯与外套界面经多次全反射传到另一端。(2)应用:医学上的内窥镜,通信用的光纤。一二三四一、对光疏介质和光密介质的理解1.光疏介质和光密介质是相对而言的,并没有绝对的意义。例如:水晶(n=1.55)对玻璃(n=1.5)而言是光密介质,而对金刚石来说(n=2.42),却是光疏介质。同一种介质到底是光疏介质还是光密介质,是不确定的。2.当光从光密介质进入光疏介质时,折射角大于入射角;反之,光由光疏介质进入光密介质时,折射角小于入射角。3.光疏和光密是从介质的光学特性来说的,并不是它的密度大小。例如,酒精的密度比水小,但酒精和水相比酒精是光密介质。4.光疏介质和光密介质的比较一二三四特别警示光疏介质、光密介质是对确定的两种介质而言的。任何两种透明介质都可以通过比较光在其中速度的大小或折射率的大小来判定是光疏介质还是光密介质。一二三四二、对全反射的理解对于全反射可以从以下三个方面来理解:1.临界角:光从光密介质进入光疏介质时,刚好发生全反射时的入射角叫临界角,符号为C。2.从能量的角度来理解全反射:当光从光密介质射入光疏介质时,随着入射角增大,折射角增大。同时折射光线强度减弱,即折射光线能量减小,反射光线强度增强,能量增加。当入射角达到临界角时,折射光强度减小到零,入射光的能量全部集中到反射光。3.发生全反射的条件:光由光密介质射向光疏介质;入射角θ1大于或等于临界角C,即θ1≥C。特别警示光由光密介质进入光疏介质发生全反射时,仍然遵守反射定律,有关计算仍依据反射定律进行。一二三四三、全反射的应用——光导纤维当光导纤维的折射率为多大时,就可以使以任意角度入射的光都能发生全反射?设光导纤维的折射率为n,当入射光线入射角为θ1时,进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射,如图所示。一二三四

一二三四四、生活中几种常见的全反射现象及解释1.对“海市蜃楼”的解释由于空中大气的折射和全反射,会在空中出现“海市蜃楼”。在海面平静的日子,站在海滨,有时可以看到远处的空中出现了高楼耸立、街道棋布、山峦重叠等景象。(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。我们可以粗略地把空中的大气分成许多水平的空气层。(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等于临界角时,就会发生全反射现象,光线就会从高空的空气层通过空气的折射逐渐返回折射率较大的下一层。一二三四(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,且虚像成像在远处的半空中,这就是海市蜃楼的影像,如图甲所示。一二三四2.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影(图乙),仿佛是从水面反射出来的一样。沙漠里的行人常被这种影像所迷惑,以为前方有水源而奔向前去,但总是可望而不可即。一二三四特