高中物理第十三章光13.2全反射課件新人教版

2.全反射1.知道光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)、全反射、臨界角的概念。2.理解全反射的條件,并能用來分析解決有關(guān)問題。3.了解全反射棱鏡和光導(dǎo)纖維的工作原理及應(yīng)用。1231.光的全反射現(xiàn)象(1)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì):折射率較大的介質(zhì)稱為光密介質(zhì),折射率較小的介質(zhì)稱為光疏介質(zhì),光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)具有相對性。(2)全反射現(xiàn)象:光由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí),如果入射角逐漸增大,那么折射光離法線越來越遠(yuǎn),而且越來越弱。當(dāng)入射角增大到某一角度,使折射角達(dá)到90°時(shí),折射光完全消失,只剩下反射光,這種現(xiàn)象叫作全反射。這時(shí)的入射角稱為臨界角,用C表示。123①臨界角的含義:折射角為90°時(shí)的入射角。②規(guī)律:發(fā)生全反射時(shí),符合光的反射定律。(4)全反射條件:①光從光密介質(zhì)射到光疏介質(zhì);②入射角大于或等于臨界角。1232.全反射現(xiàn)象的應(yīng)用(1)棱鏡:橫截面為三角形的棱鏡稱為三棱鏡。①橫截面為正三角形的稱為正三棱鏡。②橫截面為等腰直角三角形的棱鏡稱為全反射棱鏡。③棱鏡對光線的控制作用:使通過的光線向底邊偏折。(2)利用全反射棱鏡可以把光線的傳播方向改變90°,也可以改變180°。123如圖甲、乙所示,全反射棱鏡改變光路的兩種常見情況,它們分別將光路改變了多少度?提示：甲改變了90°,乙改變了180°。

1233.光纖及其應(yīng)用(1)光纖的原理:光纖由內(nèi)芯和外套構(gòu)成,內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率,光從一端進(jìn)入內(nèi)芯,在內(nèi)芯與外套界面經(jīng)多次全反射傳到另一端。(2)應(yīng)用:醫(yī)學(xué)上的內(nèi)窺鏡,通信用的光纖。一二三四一、對光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解1.光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是相對而言的,并沒有絕對的意義。例如:水晶(n=1.55)對玻璃(n=1.5)而言是光密介質(zhì),而對金剛石來說(n=2.42),卻是光疏介質(zhì)。同一種介質(zhì)到底是光疏介質(zhì)還是光密介質(zhì),是不確定的。2.當(dāng)光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí),折射角大于入射角;反之,光由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)時(shí),折射角小于入射角。3.光疏和光密是從介質(zhì)的光學(xué)特性來說的,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質(zhì)。一二三四4.光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的比較特別警示光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是對確定的兩種介質(zhì)而言的。任何兩種透明介質(zhì)都可以通過比較光在其中速度的大小或折射率的大小來判定是光疏介質(zhì)還是光密介質(zhì)。一二三四二、對全反射的理解對于全反射可以從以下三個(gè)方面來理解1.臨界角:光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí),剛好發(fā)生全反射時(shí)的2.從能量的角度來理解全反射:當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí),隨著入射角增大,折射角增大。同時(shí)折射光線強(qiáng)度減弱,即折射光線能量減小,反射光線強(qiáng)度增強(qiáng),能量增加。當(dāng)入射角達(dá)到臨界角時(shí),折射光強(qiáng)度減小到零,入射光的能量全部集中到反射光。3.發(fā)生全反射的條件:光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì);入射角θ1大于或等于臨界角C,即θ1≥C。一二三四特別警示光由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)發(fā)生全反射時(shí),仍然遵守反射定律,有關(guān)計(jì)算仍依據(jù)反射定律進(jìn)行。一二三四三、全反射的應(yīng)用——光導(dǎo)纖維當(dāng)光導(dǎo)纖維的折射率為多大時(shí),就可以使以任意角度入射的光都能發(fā)生全反射?設(shè)光導(dǎo)纖維的折射率為n,當(dāng)入射光線入射角為θ1時(shí),進(jìn)入端面的折射光線傳到側(cè)面時(shí)恰好發(fā)生全反射,如圖所示。一二三四一二三四特別警示解決全反射問題的基本方法如下:(1)確定光是由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)還是由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)?？词欠癜l(fā)生全反射。(3)根據(jù)題設(shè)條件,畫出入射角等于臨界角的“臨界光路”。(4)運(yùn)用幾何關(guān)系、三角函數(shù)關(guān)系、反射定律等進(jìn)行判斷推理、運(yùn)算及變換,進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析或定量計(jì)算。一二三四四、生活中幾種常見的全反射現(xiàn)象及解釋1.對“海市蜃樓”的解釋。由于空中大氣的折射和全反射,會(huì)在空中出現(xiàn)“海市蜃樓”。在海面平靜的日子,站在海濱,有時(shí)可以看到遠(yuǎn)處的空中出現(xiàn)了高樓聳立、街道棋布、山巒重疊等景象。(1)氣候條件:當(dāng)大氣比較平靜且海面與上層空氣溫差較大時(shí),空氣的密度隨溫度的升高而減小,對光的折射率也隨之減小。我們可以粗略地把空中的大氣分成許多水平的空氣層。一二三四(2)光路分析:遠(yuǎn)處的景物反射的光線射向空中時(shí),不斷被折射,射向折射率較小的上一層的入射角越來越大,當(dāng)光線的入射角大到等于臨界角時(shí),就會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象,光線就會(huì)從高空的空氣層通過空氣的折射逐漸返回折射率較大的下一層。甲(3)虛像的形成:當(dāng)光線進(jìn)入人的眼睛時(shí),人總認(rèn)為光是從反向延長線方向發(fā)射而來的,所以地面附近的觀察者就可以觀察到虛像,且虛像成像在遠(yuǎn)處的半空中,這就是海市蜃樓的影像,如圖甲所示。一二三四2.對“沙漠蜃景”的解釋。(1)氣候條件:夏天在沙漠里也會(huì)看到蜃景,太陽照到沙地上,接近沙面的熱空氣層比上層空氣的密度小,折射率也小。(2)光路分析:從遠(yuǎn)處物體射向地面的光線,進(jìn)入折射率小的熱空氣層時(shí)被折射,入射角逐漸增大,也可能發(fā)生全反射。一二三四(3)虛像的形成:人們逆著反射光線看去,就會(huì)看到遠(yuǎn)處物體的倒影(圖乙),仿佛是從水面反射出來的一樣。沙漠里的行人常被這種影像所迷惑,以為前方有水源而奔向前去,但總是可望而不可即。特別警示(1)“沙漠蜃景”和“海市蜃樓”雖然都是由空中大氣對光線的折射和全反射形成的,但因空氣折射率大小分布有所不同,使得光線偏折情況有所不同。(2)“沙漠蜃景”是倒立的虛像,而“海市蜃樓”是正立的虛像。一二三四3.水或玻璃中的氣泡特別明亮。水或玻璃中的石子能被我們所看見,是因?yàn)楣庹丈涫訒r(shí),有一部分光被石子反射,其中的一部分進(jìn)入人的眼睛,故人能看見石子。水或玻璃中的氣泡是光疏介質(zhì),光經(jīng)水或玻璃照射氣泡時(shí),一部分光會(huì)發(fā)生全反射。相對石子而言,有更多的光反射到人的眼睛中,光的能量大了,人眼感覺會(huì)特別明亮。4.炎熱夏季的柏油路看起來路面特別亮。在炎熱夏天的柏油馬路上,會(huì)看到路面特別明亮,這是因?yàn)橘N近熱路面附近的空氣層稀薄,比上層空氣的折射率小。從遠(yuǎn)處物體射向路面的光線,也可能發(fā)生全反射,從遠(yuǎn)處看去,路面顯得格外明亮光滑,就像用水淋過一樣。沙漠中行走的人在夏季會(huì)看到遠(yuǎn)方特別亮,就像有湖泊一樣,與柏油馬路面看起來特別亮道理相同。類型一類型二類型三對光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解

【例1】

下列說法正確的是(

)A.因?yàn)樗拿芏却笥诰凭拿芏?所以水是光密介質(zhì)B.因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎?所以水對酒精來說是光疏介質(zhì)C.同一束光,在光密介質(zhì)中的傳播速度較大D.同一束光,在光密介質(zhì)中的傳播速度較小解析：本題考查對光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解。因?yàn)樗恼凵渎蕿?.33,酒精的折射率為1.36,所以水對酒精來說是光疏介質(zhì);由答案：BD類型一類型二類型三題后反思要準(zhǔn)確掌握光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)的定義,注意光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)都是相對而言的,折射率較大的介質(zhì)是光密介質(zhì),折射率較小的介質(zhì)是光疏介質(zhì)。類型一類型二類型三發(fā)生全反射的條件

【例2】

如圖所示,ABCD是兩面平行的透明玻璃磚,AB面和CD面平行,它們分別是玻璃和空氣的界面,設(shè)為界面Ⅰ和界面Ⅱ,光線從界面Ⅰ射入玻璃磚,再從界面Ⅱ射出,回到空氣中,如果改變光到達(dá)界面Ⅰ時(shí)的入射角,則(

)A.只要入射角足夠大,光線在界面Ⅰ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象B.只要入射角足夠大,光線在界面Ⅱ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象C.不管入射角多大,光線在界面Ⅰ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D.不管入射角多大,光線在界面Ⅱ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象類型一類型二類型三點(diǎn)撥：判斷全反射是否發(fā)生,關(guān)鍵看是否同時(shí)具備發(fā)生全反射的兩個(gè)條件:①光線是否由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì);②入射角是否大于等于臨界角。解析：在界面Ⅰ,光由空氣進(jìn)入玻璃磚,是由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì),不管入射角多大,都不能發(fā)生全反射現(xiàn)象,則選項(xiàng)C正確。在界面Ⅱ,光由玻璃進(jìn)入空氣,是由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì),但是,由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行,光由界面Ⅰ進(jìn)入玻璃后再達(dá)到界面Ⅱ,在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角,因此入射角總是小于臨界角,因此也不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象,選項(xiàng)D也正確。答案：CD類型一類型二類型三題后反思好多同學(xué)常認(rèn)為在本例題中光到界面Ⅱ時(shí),只要入射角足夠大就能發(fā)生全反射。這是一種比較隱蔽的全反射條件的考查,不能孤立地去討論光在界面Ⅱ的光學(xué)情況,由于受折射定律的限制,在界面Ⅱ的入射角始終等于光在界面Ⅰ的折射角,即在界面Ⅱ上的入射角,始終達(dá)不到臨界角,所以在好多問題中要注意全反射條件與折射定律的綜合應(yīng)用。類型一類型二類型三全反射的應(yīng)用——測量折射率

【例3】

半徑為R的半圓柱形玻璃磚的橫截面如圖所示,O為圓心,光線Ⅰ沿半徑方向從A處射入玻璃磚后,恰在O點(diǎn)發(fā)生