2019-2020学年高中物理 第13章 2 全反射课件 新人教版选修3-4

第十三章光2全反射[学习目标]1.理解光的全反射，会利用全反射解释有关现象.2.理解临界角的概念，能判断是否发生全反射并能画出相应的光路图．(重点)3.了解全反射棱镜和光导纤维．自主探新知预习一、全反射1．光密介质和光疏介质光疏介质光密介质定义折射率相对____的介质折射率相对____的介质传播速度光在____介质中的传播速度比在____介质中的传播速度小较小较大光密光疏折射特点光从____介质射入____介质时，折射角小于入射角光从____介质射入____介质时，折射角大于入射角光疏光密光密光疏2.全反射及发生条件(1)全反射及临界角的概念①全反射：光从光密介质射入光疏介质时，若入射角增大到某一角度，____光线就会消失，只剩下____光线的现象．②临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的______．用字母C表示．折射反射入射角(2)全反射的条件要发生全反射，必须同时具备两个条件：①光从____介质射入____介质．②入射角__________临界角．(3)临界角与折射率的关系光由介质射入空气(或真空)时，______________(公式)．光密光疏等于或大于sinC＝1n二、全反射的应用1．全反射棱镜：截面为等腰直角三角形的棱镜，利用全反射____________．2．光导纤维：由折射率____的内芯和折射率____的外套组成，光传播时在内芯与外套的界面上发生______．改变光的方向较大较小全反射1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)密度大的介质就是光密介质．()(2)两种介质相比较，折射率大的介质是光密介质．()(3)光从密度大的介质射入密度小的介质时一定能发生全反射．()(4)全反射棱镜和平面镜都是根据全反射原理．()(5)光纤通信的主要优点是容量大．()×√××√2．已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为1.33、1.55、1.60和1.63，如果光按以下几种方式传播，可能发生全反射的是()A．从玻璃射入水晶B．从水射入二硫化碳C．从玻璃射入水中D．从水晶射入水E．从玻璃射入二硫化碳ACD[发生全反射的条件之一是光从光密介质射入光疏介质，光密介质折射率较大，故A、C、D正确．]3．华裔科学家高锟被誉为“光纤通讯之父”．光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播．内芯的折射率比外套的________，光传播时在内芯与________的界面上发生全反射．[解析]光纤内芯比外套折射率大，在内芯与外套的界面上发生全反射．[答案]大外套合作攻重难探究全反射1．对光疏介质和光密介质的理解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)是光密介质，而对金刚石(n＝2.42)来说，就是光疏介质．同一种介质到底是光疏介质还是光密介质，不是绝对的．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．由v＝cn可知：光在光密介质中传播速度比在光疏介质中要小．光在两种介质中传播时，由折射定律可知：n1sinθ1＝n2sinθ2，n1v1＝n2v2，由此可知：当光从光密介质传播到光疏介质时，折射角大于入射角；当光从光疏介质传播到光密介质时，折射角小于入射角．光在光疏介质中传播的速度大于光在光密介质中传播的速度．2．对全反射的理解(1)全反射是光的折射的特殊现象，全反射现象还可以从能量变化角度加以理解．当光从光密介质射入光疏介质，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，发生了全反射．(2)全反射遵循的规律：光从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．【例1】为了测定某种材料制成的长方体的折射率，用一束光线从AB面以60°入射角射入长方体时光线刚好不能从BC面射出，如图所示，该材料的折射率是多少？[解析]如题图所示，根据折射定律：n＝sin60°sinr①由题意可知sinC＝1n②而C＝90°－r③由②③得cosr＝1n④而cosr＝1－sin2r，代入④得1－sin2r＝1n⑤联立①和⑤解得n＝72.[答案]72解答全反射类问题的技巧(1)光必须从光密介质射入光疏介质．(2)入射角大于或等于临界角．(3)利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符，这样更有利于问题的分析．1．下列选项所示光线由空气透过半圆形玻璃砖，再射入空气的光路图中，正确的是(玻璃的折射率为1.5)()[解析][答案]BDE全反射的应用1．对全反射棱镜光学特性的两点说明(1)当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，与平面镜相比，它的反射率很高．(2)反射时失真小，两种反射情况如图甲、乙所示．2．光导纤维的结构与应用实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，由内芯和外套两层组成．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射，使反射光的能量最强，实现远距离传送．因此，光信号能携带着声音、图像以及各种数字信号沿着光纤传输到很远的地方，实现光纤通信，其主要优点是容量大，衰减小，抗干扰性强等．医学上用光导纤维制成内窥镜，用来检查人体的胃、肠等器官内部，如图所示．【例2】如图所示，一根长为L的直光导纤维，它的折射率为n.光从它的一个端面射入，从另一端面射出所需的最长时间为多少？(设光在真空中的光速为c)[解析]该题考查光导纤维的全反射及光速问题．由题中的已知条件可知，要使光线从光导纤维的一端射入，然后从它的另一端全部射出，必须使光线在光导纤维中发生全反射现象．要使光线在光导纤维中经历的时间最长，就必须使光线的路径最长，即光对光导纤维的入射角最小，光导纤维的临界角为C＝arcsin1n.光在光导纤维中传播的路程为d＝LsinC＝nL，光在光导纤维中传播的速度为v＝cn，所需的最长时间为tmax＝nLcn＝n2Lc.[答案]n2Lc对光导纤维折射率的要求设光导纤维的折射率为n，当入射光线的入射角为θ1时，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全发射，如图所示，则有：sinC＝1n，n＝sinθ1sinθ2，C＋θ2＝90°，由以上各式可得：sinθ1＝n2－1.由图可知：(1)当θ1增大时，θ2增大，而从纤维射向空气中光线的入射角θ减小．(2)当θ1＝90°时，若θ＝C，则所有进入纤维中的光线都能发生全反射，即有n＝2，以上是光从纤维射向真空时得到的折射率．(3)由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此光导纤维折射率要比2大些．2．空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图所示，方框内有两个折射率为n＝1.5的全反射玻璃棱镜．在框内画出两个棱镜的放置方式并作出光路图．[答案]课堂小结知识脉络1.光疏介质、光密介质、光的全反射现象．2．产生全反射的条件，解释全反射现象，计算临界角．3．全反射棱镜及其应用，光导纤维的工作原理.