2014-2015学年高中物理4.3光的全反射课件教科版选修3-4

高中物理·选修3-4·教科版第四章光的折射4.3光的全反射[目标定位]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，能计算有关问题和解释相关现象.3.了解光导纤维的工作原理和光导纤维在生产、生活中的应用．一、全反射现象1．光密介质和光疏介质(1)对于两种介质来说，光在其中传播的速度较小的介质，即折射率的介质叫介质；光在其中传播的速度较大的介质，即折射率较小的介质叫介质．(2)光疏介质和光密介质是相对的．2．全反射：光从介质射到介质的界面时，全部被反射回原介质的现象．预习导学较大光密光疏光密光疏二、全反射条件1．全反射的条件(1)光需从介质射至介质的界面上．(2)入射角必须等于或临界角．2．临界角(1)定义：光从某种介质射向真空或空气时使折射角变为90°时的，称作这种介质的临界角．(2)临界角C与折射率n的关系：sinC＝.预习导学光密光疏大于入射角1n想一想当光从水中射入玻璃的交界面时，只要入射角足够大就会发生全反射，这种说法正确吗？为什么？答案不正确．要发生全反射必须光从光密介质射入光疏介质．而水相对玻璃是光疏介质，所以不管入射角多大都不可能发生全反射．预习导学三、全反射的应用—光导纤维1．光纤的工作原理：由于有机玻璃的折射率空气的折射率，当光从有机玻璃棒的一端射入时，可以沿着有机玻璃棒的表面发生多次，从另一端射出．2．光导纤维的构造：由两种折射率不同的玻璃制成，分内、外两层，内层玻璃的折射率比外层玻璃的折射率．当光从一端进入光纤时，将会在两层玻璃的界面上发生．3．光纤通讯的优点是容量，衰减，抗干扰能力强、传播速率高.预习导学大于全反射大全反射大小一、对全反射的理解1．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．(2)光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中传播速度小．(3)光若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．(4)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．课堂讲义课堂讲义2．全反射(1)临界角：折射角为90°时的入射角称为全反射的临界角，用C表示，sinC＝1n.(2)全反射的条件：①光由光密介质射向光疏介质；②入射角大于或等于临界角．(3)全反射遵循的规律：发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用．课堂讲义【例1】关于全反射，下列叙述中正确的是()A．发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非常弱B．光从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象C．光从光密介质射向光疏介质时，可能不发生全反射现象D．光从光疏介质射向光密介质时，可能发生全反射现象解析发生全反射时折射光线的能量为零，折射光线消失，所以选项A错误；发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角，二者缺一不可，所以选项B、D错误．选项C正确．答案C课堂讲义针对训练某种介质对空气的折射率是，一束光从该介质射向空气，入射角是60°，则下列光路图中正确的是(图中Ⅰ为空气，Ⅱ为介质)()解析由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sinC＝1n＝12，得C＝45°＜θ1＝60°，故在两介质的界面上会发生全反射，只有反射光线，没有折射光线，故选项D正确．课堂讲义答案D课堂讲义二、光导纤维1．原理：内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射．2．优点：容量大，衰减小，抗干扰性强等．3．应用：光纤通讯；医学上的内窥镜．课堂讲义【例2】光导纤维的结构如图4－3－1所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播，以下关于光导纤维的说法正确的是()图4－3－1课堂讲义A．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射B．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射C．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面发生折射D．内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用课堂讲义解析光导纤维的内芯折射率大于外套的折射率，光在由内芯射向外套时，在其界面处发生全反射，从而使光在内芯中传播，A对．答案A课堂讲义三、全反射的定量计算应用全反射解决实际问题的基本方法：(1)确定光是由光疏介质进入光密还是从光密进入光疏介质．(2)若光由光密介质进入光疏介质时，根据sinC＝1n确定临界角，看是否发生全反射．(3)根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”．(4)运用几何关系(如三角函数、反射定律等)进行判断推理，运算及变换．课堂讲义【例3】如图4－3－2所示，为一圆柱中空玻璃管，管内径为R1，外径为R2，R2＝2R1.一束光线在圆柱横截面内射向玻璃管，为保证在内壁处光不会进入中空部分，问入射角i应满足什么条件？图4－3－2解析光路图如图，设第一次折射角为r，全反射临界角为C，折射率为n，由折射定律有n＝sinisinr，sinC＝1n；在图中三角形中，由数学知识可得：sin180°－CR2＝sinrR1.综上所得：i＝30°，所以为保证在内壁处光不会进入中空部分，入射角i应满足i≥30°课堂讲义答案i≥30°