高中物理 第13章 光 2 全反射課件 新人教版選修3-4.ppt

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2 全反射,填一填,練一練,1.光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)(見(jiàn)課本第48頁(yè)),,,,,,填一填,練一練,2.全反射及其產(chǎn)生條件(見(jiàn)課本第49頁(yè)) (1)全反射及臨界角的概念: ①全反射:當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí),同時(shí)發(fā)生折射和反射。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,只剩下反射光的現(xiàn)象。 ②臨界角:剛發(fā)生全反射(即折射角等于90°)時(shí)的入射角,用字母C表示。,,,,,填一填,練一練,(2)全反射的條件: ①光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)。 ②入射角大于或等于臨界角。 (3)臨界角與折射率的關(guān)系: ①定量關(guān)系:光由某種介質(zhì)射入空氣(或真空)時(shí),sin C= 。 ②定性關(guān)系:介質(zhì)的折射率越大,發(fā)生全反射的臨界角越小,越容易發(fā)生全反射。,,,,,,填一填,練一練,3.全反射的應(yīng)用(見(jiàn)課本第50頁(yè)) (1)全反射棱鏡: ①形狀:截面為等腰直角三角形的棱鏡。 ②光學(xué)特性: a.當(dāng)光垂直于截面的直角邊射入棱鏡時(shí),光在截面的斜邊上發(fā)生全反射,光射出棱鏡時(shí),傳播方向改變了90°。 b.當(dāng)光垂直于截面的斜邊射入棱鏡時(shí),在兩個(gè)直角邊上各發(fā)生一次全反射,使光的傳播方向改變了180°。,,,,,,,填一填,練一練,(2)光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用: ①原理:利用了光的全反射。 ②構(gòu)造:光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲,由內(nèi)芯和外套 兩層組成。內(nèi)芯的折射率比外套的大,光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射。 ③主要優(yōu)點(diǎn):容量大、能量損耗小、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好等。,,,,,,填一填,練一練,如圖所示,一束光線從空氣射入某介質(zhì),入射光線與反射光線夾角為90°,折射光線與入射光線延長(zhǎng)線間夾角θ為15°,求: (1)該介質(zhì)的折射率。 (2)光在該介質(zhì)中傳播的速度。 (3)當(dāng)光從介質(zhì)射入空氣時(shí)的臨界角。,填一填,練一練,,探究一,探究二,探究一對(duì)全反射的理解 問(wèn)題導(dǎo)引 夏季的早晨,從某一方向看植物葉子上的露珠會(huì)格外明亮,玻璃中的氣泡從側(cè)面看也是特別明亮,這是什么道理呢?,探究一,探究二,名師精講 1.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)的比較: (2)相對(duì)性:光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是相對(duì)的。任何兩種透明介質(zhì)都可以通過(guò)比較光在其中傳播速度的大小或折射率的大小來(lái)判斷誰(shuí)是光疏介質(zhì)或光密介質(zhì)。 (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)。,2.全反射現(xiàn)象 (1)全反射的條件: ①光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。 ②入射角大于或等于臨界角。 (2)全反射遵循的規(guī)律:發(fā)生全反射時(shí),光全部返回原介質(zhì),入射光與反射光遵循光的反射定律,由于不存在折射光線,光的折射定律不再適用。 (3)從能量角度來(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,折射角也增大。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),折射光線強(qiáng)度減弱到零,反射光的能量等于入射光的能量。,探究一,探究二,探究一,探究二,3.不同色光的臨界角 不同顏色的光由同一介質(zhì)射向空氣或真空時(shí),頻率越高的光的臨界角越小,越易發(fā)生全反射。,探究一,探究二,典例剖析 【例題1】 如圖所示,某種透明物質(zhì)制成的直角三棱鏡ABC,∠A等于30°,一束光線在紙面內(nèi)垂直AB邊射入棱鏡。如圖所示,發(fā)現(xiàn)光線剛好不能從BC面射出,而是最后從AC面射出。求: (1)透明物質(zhì)的折射率n; (2)光線從AC面射出時(shí)的折射角α的正弦值。,探究一,探究二,,探究一,探究二,變式訓(xùn)練1 導(dǎo)學(xué)號(hào)38190080 一束光以45°的入射角從AB面射入如圖所示的透明三棱鏡中,棱鏡折射率n= 。試求進(jìn)入AB面的折射角,并在圖中畫(huà)出該光束在棱鏡中的光路。,探究一,探究二,,探究一,探究二,探究一,探究二,探究二全反射的應(yīng)用 問(wèn)題導(dǎo)引 如圖所示,自行車后面有尾燈,它雖然本身不發(fā)光,但在夜間行駛時(shí),從后面開(kāi)來(lái)的汽車發(fā)出的強(qiáng)光照在尾燈上,會(huì)有較強(qiáng)的光被反射回去,使汽車司機(jī)注意到前面有自行車。那么自行車的尾燈利用了什么原理?,探究一,探究二,名師精講 1.光導(dǎo)纖維的構(gòu)造及傳播原理 光導(dǎo)纖維是一種透明的玻璃纖維絲,直徑只有1~100 μm左右。如圖所示,它是由內(nèi)芯和外套兩層組成,內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率,光由一端進(jìn)入,在兩層的界面上經(jīng)過(guò)多次全反射,從另一端射出。光導(dǎo)纖維可以遠(yuǎn)距離傳輸光,光信號(hào)又可以轉(zhuǎn)換成電信號(hào),進(jìn)而變?yōu)槁曇?、圖像。如果把許多(上萬(wàn)根)光導(dǎo)纖維合成一束,并使兩端的纖維按嚴(yán)格相同的次序排列,就可以傳輸圖像。,探究一,探究二,2.全反射棱鏡 全反射棱鏡是利用全反射改變光路以便于觀察。 在圖甲中的等腰直角三角形ABC表示一個(gè)全反射棱鏡的橫截面,它的兩直角邊AB和BC表示棱鏡上兩個(gè)互相垂直的側(cè)面。如果光線垂直地射到AB面上,光在棱鏡內(nèi)會(huì)沿原來(lái)的方向射到AC面上。由于入射角(45°)大于光從玻璃射入空氣的臨界角(42°),光會(huì)在AC面上發(fā)生全反射,沿著垂直于BC的方向從棱鏡射出(圖甲)。如果光垂直地射到AC面上(圖乙),沿原方向射入棱鏡后,在AB、BC兩面上都會(huì)發(fā)生全反射,最后沿著與入射時(shí)相反的方向從AC面上射出。在光學(xué)儀器里,常用全反射棱鏡來(lái)代替平面鏡,改變光的傳播方向。圖丙是全反射棱鏡應(yīng)用在潛望鏡里的光路圖。,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,典例剖析 【例題2】 導(dǎo)學(xué)號(hào)38190081 如圖所示,AB為一直光導(dǎo)纖維,AB之間距離為s,使一光脈沖信號(hào)從光導(dǎo)纖維中間入射,射入后在光導(dǎo)纖維內(nèi)芯與外套的界面上恰好發(fā)生全反射,由A點(diǎn)傳輸?shù)紹點(diǎn)所用時(shí)間為t,求光導(dǎo)纖維所用材料的折射率n。,探究一,探究二,,探究一,探究二,變式訓(xùn)練2 空氣中兩條光線a和b從方框左側(cè)入射,分別從方框下方和上方射出,其框外光線如圖甲所示。方框內(nèi)有兩個(gè)折射率n=1.5的玻璃全反射棱鏡。圖乙給出了兩棱鏡四種放置方式的示意圖,其中能產(chǎn)生圖甲效果的是( ),甲,乙,探究一,探究二,解析:四個(gè)選項(xiàng)產(chǎn)生光路效果如圖所示。 則可知選項(xiàng)B正確。 答案:B,,1 2 3 4 5,,,,,,1.已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分別為1.33、1.55、1.60和1.63,如果光按下面幾種方式傳播,可能發(fā)生全折射的是( ) A.從水晶射入玻璃 B.從水射入二硫化碳 C.從玻璃射入水中 D.從水射入水晶 解析:折射率相對(duì)較小的介質(zhì)是光疏介質(zhì),折射率相對(duì)較大的介質(zhì)是光密介質(zhì),發(fā)生全反射的條件之一是光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì),由此可知選項(xiàng)C正確。 答案:C,,,1 2 3 4 5,,,,,,2.關(guān)于光纖的說(shuō)法,正確的是( ) A.光纖是由高級(jí)金屬制成的,所以它比普通電線容量大 B.光纖是非常細(xì)的特制玻璃絲,但導(dǎo)電性能特別好,所以它比普通電線衰減小 C.光纖是非常細(xì)的特制玻璃絲,由內(nèi)芯和外套兩層組成,光纖是利用全反射原理來(lái)實(shí)現(xiàn)光的傳導(dǎo)的 D.在實(shí)際應(yīng)用中,光纖必須呈筆直狀態(tài),因?yàn)閺澢墓饫w是不能傳導(dǎo)光的,1 2 3 4 5,,,,,,解析:光導(dǎo)纖維的作用是傳導(dǎo)光,它是直徑為幾微米到一百微米之間的特制玻璃絲,且由內(nèi)芯和外套兩層組成,內(nèi)芯的折射率比外套的大。載有聲音、圖像及各種數(shù)字信號(hào)的激光傳播時(shí),在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射,光纖具有容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中,光纖是可以彎曲的,選項(xiàng)C正確。 答案:C,,1 2 3 4 5,,,,,,3.某種介質(zhì)對(duì)空氣的折射率是 ,一束光從該介質(zhì)射向空氣,入射角是60°,則下列光路圖中正確的是(圖中Ⅰ為空氣,Ⅱ?yàn)榻橘|(zhì))( ) 解析:由題意知,光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì),由 ,得C=45°60°,故在兩介質(zhì)的界面上會(huì)發(fā)生全反射,只有反射光線,沒(méi)有折射光線,故選項(xiàng)D正確。 答案:D,,,1 2 3 4 5,,,,,,4. 如圖所示,一束光從空氣中射向折射率n= 的某種玻璃的表面,θ1表示入射角,則下列說(shuō)法中正確的是( ) A.當(dāng)θ145°時(shí)會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象 B.無(wú)論入射角是多大,折射角θ2都不會(huì)超過(guò)45° C.欲使折射角θ2=30°,應(yīng)以θ1=45°的角度入射 D.當(dāng)入射角滿足tan θ1= 時(shí),反射光跟折射光恰好垂直,1 2 3 4 5,,,,,,,1 2 3 4 5,,,,,,,,