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1、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(lái)分析解決有關(guān)問(wèn)題。 3.了解全反射棱鏡和光導(dǎo)纖維的工作原理及應(yīng)用。,1.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(duì)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(lái)越遠(yuǎn),而且越來(lái)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。,臨界角的含義:折射角為90時(shí)的入射角。 規(guī)律:發(fā)生全反射時(shí),符

2、合光的反射定律。 (4)全反射條件:光從光密介質(zhì)射到光疏介質(zhì);入射角大于或等于臨界角。,2.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。 橫截面為正三角形的稱為正三棱鏡。 橫截面為等腰直角三角形的棱鏡稱為全反射棱鏡。 棱鏡對(duì)光線的控制作用:使通過(guò)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。,如圖甲、乙所示,全反射棱鏡改變光路的兩種常見(jiàn)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。,3.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

3、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(duì)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(duì)而言的,并沒(méi)有絕對(duì)的意義。例如:水晶(n=1.55)對(duì)玻璃(n=1.5)而言是光密介質(zhì),而對(duì)金剛石來(lái)說(shuō)(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(lái)說(shuō)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)。 4.光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的比較,一,二,三,四,特別警

4、示光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是對(duì)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(guò)比較光在其中速度的大小或折射率的大小來(lái)判定是光疏介質(zhì)還是光密介質(zhì)。,一,二,三,四,二、對(duì)全反射的理解 對(duì)于全反射可以從以下三個(gè)方面來(lái)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)的入射角叫臨界角,符號(hào)為C。,2.從能量的角度來(lái)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1大于或等于臨

5、界角C,即1C。 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1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,特別警示解決全反射問(wèn)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)。 (2)若光由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì),則根據(jù)sin C= 1 確定臨界角,看是否發(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”。 (

6、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(jiàn)的全反射現(xiàn)象及解釋 1.對(duì)“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(duì)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。 (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(lái)越大,當(dāng)光線的入射角大

7、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(guò)空氣的折射逐漸返回折射率較大的下一層。,一,二,三,四,(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(zhǎng)線方向發(fā)射而來(lái)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(duì)“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(yáng)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。 (3)虛像的形成:人們逆著反射光線看去,

8、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(lái)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。,一,二,三,四,特別警示(1)“沙漠蜃景”和“海市蜃樓”雖然都是由空中大氣對(duì)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(jiàn),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(jiàn)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。

9、相對(duì)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(jué)會(huì)特別明亮。 4.炎熱夏季的柏油路看起來(lái)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(guò)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(lái)特別亮道理相同。,類型一,類型二,類型三,對(duì)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解 【例1】 下列說(shuō)法中正確的是() 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(duì)酒精來(lái)說(shuō)是光疏介

10、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,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(duì)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)為界面和界面,光線從界面射入玻璃磚,再?gòu)慕缑嫔涑?回到空氣中,如果改變光到達(dá)界面時(shí)的入射角,則() A.只要入射角足夠大,光線在界面上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 B.只要入射角足夠大,光線在界面上可能發(fā)

11、生全反射現(xiàn)象 C.不管入射角多大,光線在界面上都不可能發(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:光線是否由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì);入射角是否大于等于臨界角。 解析:在界面,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,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,由于界面和界面平行,光由界面進(jìn)入玻璃后再達(dá)到界面,在界面上的入射角等于在界面上的折射角,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

12、。 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的光學(xué)情況,由于受折射定律的限制,在界面的入射角始終等于光在界面的折射角,即在界面上的入射角,始終達(dá)不到臨界角,所以在好多問(wèn)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(cè)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,光線沿半徑方向從A處射入玻璃磚后,恰在O點(diǎn)發(fā)生全反射,另一條光線平行于光線從最高點(diǎn)B射入玻璃磚后,折射到MN上的D,點(diǎn)撥:光在同一種光學(xué)器件里出現(xiàn)了兩種光現(xiàn)象:一是全反射,二是光的折射,利用相應(yīng)的光學(xué)規(guī)律,解決問(wèn)題。,類型一,類型二,類型三,答案:2.03 題后反思折射類問(wèn)題的分析方法一般是先作光路圖,借助圖形找出幾何關(guān)系,尤其要注意在可能出現(xiàn)全反射情形下的折射問(wèn)題,要點(diǎn)是求出臨界角。,