光的全反射臨界角

1、課題：洸的全反射臨界角教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo)：1、了解光的全反射現(xiàn)象及全反射的應(yīng)用；2、理解臨界角的意義及發(fā)生 全反射的條件。二、能力目標(biāo)： 會(huì)根據(jù)發(fā)生全反射的條件判斷光在兩種介質(zhì)界面能否發(fā)生全反射， 并會(huì) 計(jì)算臨界角。現(xiàn)象三、素質(zhì)目標(biāo)：通過(guò)學(xué)習(xí)全反射現(xiàn)象的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生把理論知識(shí)和生產(chǎn)技術(shù)相結(jié)合的 能力。教學(xué)重點(diǎn)臨界角的意義，臨界角的計(jì)算。難點(diǎn)分析光在兩種介質(zhì)界面能否發(fā)生全反射的判斷及全反射的光路圖。分析學(xué)生全反射是學(xué)生以前沒(méi)有接觸過(guò)的知識(shí)。弄不活根據(jù)兩種介質(zhì)折射率大小的比較，判斷發(fā) 生全反射的方向。教學(xué)設(shè)計(jì)思路因?qū)W生以前沒(méi)有接觸過(guò)全反射知識(shí)，所以要復(fù)習(xí)光疏、光密介質(zhì)的意義，并根據(jù)公式nisi

2、na=n2sin丫說(shuō)明光線由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，折射角大丁入射角，引入課題。再通過(guò) 演示實(shí)驗(yàn)分析發(fā)生全反射的條件，總結(jié)出全反射規(guī)律。教學(xué)資源實(shí)驗(yàn)儀器：激光器、光具盤(pán)。參考資料：蜃景的成因和規(guī)律夏天，在氣壓包定的海面上，空氣密度隨高度增加而減小，對(duì)光的折射率也隨之減小 從而形成具有折射率梯度的空氣層。當(dāng)光線通過(guò)此空氣層時(shí)，將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。如圖所示，設(shè)一 束從遠(yuǎn)處景物A發(fā)出的光線a以入射角a由折射率為n處射入空氣層。由折射定律有：nsin o=nisinnisin v=n2sin乎聯(lián)立（1）、（2）式可得：nsin =msin早依此類推：nsin =nisin %sin七=nsin a可見(jiàn)，當(dāng)n、

3、a一定時(shí)，從下層空氣進(jìn) 入上層空氣的入射角不斷增大，當(dāng)入射角 增大到等丁由某兩層 （ni層和ni+1層） 空 氣的折射率決定的臨界角時(shí)，sin %=七土ni就會(huì)發(fā)生全反射。人在C處逆著C光線看，可看到經(jīng)全 反射形成的倒立虛像；在B處逆著b光線 看，也可看到經(jīng)折射形成的正立虛像。總之。若人在較高處，看到的蜃景是 由折射形成的正立虛像；若人在較低處， 看到的蜃景是由折射和全反射形成的倒立 虛像。課時(shí)安排1課時(shí)教學(xué)過(guò)程導(dǎo)入新課：復(fù)習(xí)提問(wèn)：什么是 光疏介質(zhì)？什么是光密介質(zhì)？答：1、光疏介質(zhì)：兩種介質(zhì)中折射率較小的介質(zhì)叫做光疏介質(zhì)。圖1蜃景的成因n12、光密介質(zhì)：兩種介質(zhì)中折射率較大的介質(zhì)叫做光密介質(zhì)。

4、速大角大為光疏，速小角小為光密。帥:1、光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是相對(duì)而吉的。只有對(duì)給定的兩種介質(zhì)才能談光疏介質(zhì)與光 密介質(zhì)。沒(méi)有絕對(duì)的光密介質(zhì)。例如：水、玻璃和金剛石三種介質(zhì)比較，n水=1.33n玻璃=1.5n金剛石=2.42。對(duì)水而言，玻璃是光密介質(zhì)；但對(duì)金剛石而言，玻璃則是光疏介質(zhì)。2、光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)的界定一般是以折射率為依據(jù)的，與介質(zhì)的其它屆性(如密度等)無(wú)關(guān)。例如：水和灑精，n水=1.33p酒。根據(jù)折射定律公式：n1sina=n2sin】我們可以得出光在折射率大的介質(zhì)中，光線與法線 的火角小，在折射率小的介質(zhì)中，光線與法線的火角大。當(dāng)光由折射率大的光密介質(zhì)射入折 射率小的光疏介質(zhì)時(shí)，折

5、射角大丁入射角，由此可以預(yù)料，當(dāng)入射角增大到一定程度時(shí)，折 射角就會(huì)增大到90。如果入射角再增大，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？請(qǐng)看實(shí)驗(yàn)。新課教學(xué)：演示實(shí)驗(yàn)：讓光線沿著半圓形玻璃磚的半徑射向半圓面上，在半圓面上的入射角為零， 光線沿直線射向圓心，在半圓玻璃磚和空氣的平面界面上發(fā)生反射、折射。轉(zhuǎn)動(dòng)光具盤(pán)，讓入射角逐漸增大，我們看到折射角也隨著增大，而且折射角總是大丁入 射角。我們還發(fā)現(xiàn)：當(dāng)入射角逐漸增大時(shí)，反射光線也逐漸增強(qiáng)，折射光線逐漸減弱。當(dāng)入 射角增大到某一角度時(shí)，折射角接近90。，折射光線幾乎沿界面前進(jìn)，而且很微弱。反射光線 凡乎和入射光線一樣明亮，如果再增大入射角，就看不到折射光線了，只能看到玻璃

6、中的折 射光線。即光線全部被反射到玻璃中。入射光線在介質(zhì)分界面上被全部反射的現(xiàn)象，叫做全反射。折射角等丁90時(shí)的入射角稱為臨界角。一、光的全反射1、光的全反射：入射光線在介質(zhì)分界面上被全部反射的現(xiàn)象，叫做光的全反射。2、臨界角；折射角等丁90時(shí)的入射角稱為臨界角。由以上討論可見(jiàn)，發(fā)生全反射必須具備兩個(gè)條件：|3、 發(fā)生全反射的條件：O L空氣n2(1)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；玻璃n1入射角大丁臨界角。/ | 怎樣求出臨界角呢？:二、臨界角計(jì)算公式根據(jù)臨界角的定義，可以求出光從折射率為n1的光密介質(zhì)進(jìn)入折射率為n2的光疏介質(zhì)時(shí)的臨界角。設(shè)入射角為O0時(shí)，折射角為90,如圖 所示，由折射定律可得

7、sin上0n2Q =sin 90 n1所以n2sin0=由上式可見(jiàn)，光疏介質(zhì)的折射率n2越小，光密介質(zhì)的折射率ni越大，發(fā)生全反射的臨界角越 小，即越容易發(fā)生全反射。由上式計(jì)算出 如的正弦值后，查三角函數(shù)表得 如值，或從計(jì)算器 上查得00值。當(dāng)光從折射率為n的某種介質(zhì)射入真空（空氣）時(shí)，臨界角計(jì)算公式為1sin ot = n表1-2幾種物質(zhì)對(duì)真空（空氣）的臨界角物質(zhì)（固體）臨界角物質(zhì)（液體）臨界角金剛石24.40甘油42.90二硫化碳38.10灑精47.30玻 璃30-420水48.60全反射在技術(shù)上應(yīng)用很廣，例如用全反射棱鏡可制造潛望鏡；利用光導(dǎo)纖維傳光、傳像等.下面我們對(duì)光導(dǎo)纖維的構(gòu)造原理

8、和應(yīng)用作簡(jiǎn)略的介紹三、光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維的直徑比頭發(fā)絲還細(xì)，它由芯線和包層組成，芯線比包層材料的折射率大得多般通信光纖的直徑約5m 10m,芯線的折射率約為1.8，包層材料的折射率約為1.4 1、光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)：由芯線和包層組成，芯線比包層材料的折射率大得多。當(dāng)光在芯線中傳播時(shí)，在芯線和包 層界面上發(fā)生全反射，使光在彎曲的光 導(dǎo)纖維內(nèi)經(jīng)多次全反射而傳到另一端， 如圖所示。2、光導(dǎo)纖維的作用：利用全反射 使光沿著彎曲的路經(jīng)傳播。如果把許多有序排列的光導(dǎo)纖維 聚集成束，就可以用來(lái)傳遞圖像（圖1-9）。 工業(yè)和醫(yī)學(xué)上用光導(dǎo)纖維束制成的內(nèi)窺鏡，可以對(duì)機(jī)械或人體內(nèi)部進(jìn)行檢查和診斷。目前光導(dǎo)纖維在國(guó)防、通信

9、和自動(dòng)控 制等許多領(lǐng)域里得到日益廣泛的應(yīng)用。國(guó) 內(nèi)各大城市及西南、西北等邊遠(yuǎn)地區(qū)都已 敷設(shè)了光纖通信線路。3、光導(dǎo)纖維的應(yīng)用：光纖通信、傳遞圖像光纖輸電 近年來(lái)，人們已開(kāi)始研究用光纖傳送電能的問(wèn)題。 這是因?yàn)橛霉饫w傳輸電能 相對(duì)丁傳統(tǒng)的用金屆導(dǎo)線輸電，不僅能大大降低電網(wǎng)的造價(jià)，還具有安全可靠、節(jié)約有色金 屆和延長(zhǎng)電網(wǎng)使用周期等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。目前，美國(guó)拉里安公司在用光纖輸電方面取得突破性成就，原因在丁他們對(duì)光纖輸電中兩個(gè)難點(diǎn)的突破：（1）在光纖輸電的發(fā)送端，該公司用激光二極管使電能轉(zhuǎn)化為光能的問(wèn)題得到 解決；（2）在接收端，解決了光能還原為電能的問(wèn)題。當(dāng)然，用光纖輸電的課題目前僅僅是開(kāi)始，在科技迅速發(fā)展的今天，相信光纖輸電將會(huì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)投入工業(yè)使用。例題 已知玻璃的折射率為1.52，水的折射率為1.33,問(wèn)光線從哪個(gè)方向射入，可在玻璃 和水的交內(nèi)窺鏡、光纖輸電界面上發(fā)生全反射？它的臨界角是多大？解 已知：ng=1.52, nw=1.33因玻璃對(duì)水來(lái)說(shuō)是光密介質(zhì)，所以當(dāng)光從玻璃射到水里時(shí)才