全反射(课).ppt

n水或玻璃中的气泡特别亮水或玻璃中的气泡特别亮n炎热的夏天的柏油马路炎热的夏天的柏油马路,看到路面看到路面特别明亮特别明亮学习目标学习目标1.了解光密介质和光疏介质的定义了解光密介质和光疏介质的定义2.理解光的全反射现象理解光的全反射现象3.掌握临界角的概念及发生全反射的掌握临界角的概念及发生全反射的条件条件4.了解全反射现象的应用了解全反射现象的应用自学指导题自学指导题1.1.什么叫光束介质？什么叫光密介质？密度大的一定什么叫光束介质？什么叫光密介质？密度大的一定是光密介质吗？能否举例说？是光密介质吗？能否举例说？2.2.什么叫临界角？临界角与介质的折射率之间有什么什么叫临界角？临界角与介质的折射率之间有什么关系？关系？3.3.发生全反射现象满足什么条件？你能举出日常生活发生全反射现象满足什么条件？你能举出日常生活中常见到的实例吗？中常见到的实例吗？4.4.你能画出全反射棱镜使光线改变你能画出全反射棱镜使光线改变9090或或180180的光的光路图吗？路图吗？5.5.全反射棱镜与平面镜相比，有什么优点？全反射棱镜与平面镜相比，有什么优点？6.6.你能解释光导纤维的传输原理和海市蜃楼形成的原你能解释光导纤维的传输原理和海市蜃楼形成的原因吗？因吗？一、光疏介质与光密介质一、光疏介质与光密介质光疏介质光疏介质:折射率小的介质。折射率小的介质。光密介质光密介质:折射率大的介质。折射率大的介质。13.7 13.7 全反射全反射注：注：光疏介质与光密介质是相对的。光疏介质与光密介质是相对的。光疏介质与光密介质的界定是以折射率为依光疏介质与光密介质的界定是以折射率为依据的据的,与介质的其它属性与介质的其它属性(如密度等如密度等)无关无关 。同一种光在光疏媒质中传播速度较大同一种光在光疏媒质中传播速度较大,在光密在光密媒质中传播速度较小媒质中传播速度较小 思考：思考：当光由光密介质射入光疏介当光由光密介质射入光疏介质的时候，当入射角增大到一定的程质的时候，当入射角增大到一定的程度的时候，折射角就等于度的时候，折射角就等于900，如果，如果再增大入射角情况会怎么样呢？再增大入射角情况会怎么样呢？着重观察：先后发生了什么着重观察：先后发生了什么现现象象和光线的和光线的亮暗亮暗比较比较1.光在两种介质分界面的时候可能同时发生发射和折射现象光在两种介质分界面的时候可能同时发生发射和折射现象2.入射光线最亮，反射和折射亮度在变化（能量）入射光线最亮，反射和折射亮度在变化（能量）3.当入射角增大到一定程度的时候，折射光线消失，入射光线全当入射角增大到一定程度的时候，折射光线消失，入射光线全部反射回介质部反射回介质1 1、全反射：全反射：光线从光密介质到光疏介质时，当入射角增大到光线从光密介质到光疏介质时，当入射角增大到某一角度，折射角达到某一角度，折射角达到9090，折射光线完全消失，折射光线完全消失的现象。的现象。二、全反射二、全反射 说明：说明：1)1)能量分配：能量分配：E E入入=E=E反反+E+E折折3)3)入射角大于某一入射角大于某一临界值临界值(折射角为折射角为9090)时才能时才能发生上述现象发生上述现象2)2)现象发生在光密介质到光疏介质，如果光从光现象发生在光密介质到光疏介质，如果光从光疏介质到光密介质不能发生上述现象；疏介质到光密介质不能发生上述现象；2 2、临界角：临界角：折射角变成折射角变成9090时的入射角。用时的入射角。用C C表示。表示。3 3、发生全反射的条件：发生全反射的条件：入射角等于或大于临界角入射角等于或大于临界角 光线从光密介质到光疏介质光线从光密介质到光疏介质临界角的计算 当光线从介质进入真空或空气时，由于临界角C是折射角等于90时的入射角，根据光路可逆性和折射定律：SinCSin 90=1nSinC=1n因而或arcsinC=1nC介质真空界面.几种常见介质的临界角（针对空气）几种常见介质的临界角（针对空气）介质介质水水 各种玻璃各种玻璃金刚石金刚石 折射率折射率 1.331.33 1.5 1.51.91.9 2.422.42临界角临界角.折射率越大折射率越大,全反射临界角越小全反射临界角越小.海市蜃楼海市蜃楼中新网中新网2004年年3月月16日电日电 据日本据日本读卖新闻读卖新闻报道，报道，15日上午日上午11时时30分左右分左右(北北京时间京时间10时时30分分)，日本根，日本根室市职员谷口博之在北海道室市职员谷口博之在北海道根室市海域的根室海峡上空，根室市海域的根室海峡上空，观测到了观测到了船悬于半空的海市船悬于半空的海市蜃楼奇观蜃楼奇观，并将其拍摄下来。，并将其拍摄下来。中央电视台记者中央电视台记者2001年年9月月12日在奔赴中国西日在奔赴中国西部长江源头采访途中拍部长江源头采访途中拍下了难得一见的下了难得一见的“海市海市蜃楼蜃楼”。当记者沿着青。当记者沿着青藏公路经过海拔藏公路经过海拔2675米米的万长盐桥时，突然看的万长盐桥时，突然看到远处的戈壁上，到远处的戈壁上，有沙有沙丘飘浮在天空中，丘飘浮在天空中，在阳在阳光和浮云的作用下，沙光和浮云的作用下，沙丘不断变幻着颜色，沙丘不断变幻着颜色，沙丘的周围是丘的周围是“波光粼粼波光粼粼的湖水的湖水”，水面映出清，水面映出清晰的倒影。晰的倒影。海市蜃楼海市蜃楼5 5、“蜃景蜃景”的解释的解释所谓蜃景，不过是光在密度分布不均匀的空气中传播时所所谓蜃景，不过是光在密度分布不均匀的空气中传播时所产生的全反射现象罢了。我们知道，在气压恒定时，空气密产生的全反射现象罢了。我们知道，在气压恒定时，空气密度随温度的升高而减少，对光的折射率也随之减少。度随温度的升高而减少，对光的折射率也随之减少。现象二解释：夏天，阳光照到沙漠，使贴近底面的空气比上层的空现象二解释：夏天，阳光照到沙漠，使贴近底面的空气比上层的空气还要热，因而折射率比上层的空气要小。远处物体发出的光线，在射气还要热，因而折射率比上层的空气要小。远处物体发出的光线，在射向地面时，进入稀薄的热气层，不断被折射，入射角逐渐增大。当光线向地面时，进入稀薄的热气层，不断被折射，入射角逐渐增大。当光线的入射角增大到临界角时，就发生全反射现象，人们就会看到沙漠中远的入射角增大到临界角时，就发生全反射现象，人们就会看到沙漠中远处景物倒立的像。处景物倒立的像。现象一解释：夏天，海面上空气的温度比空中低，空气的折射率现象一解释：夏天，海面上空气的温度比空中低，空气的折射率下层比上层大。我们可以粗略地把空气看做是由许多水平的气层组成下层比上层大。我们可以粗略地把空气看做是由许多水平的气层组成的，各层的密度都不相同。远处的楼阁、船舶、山峰发出的光线射向的，各层的密度都不相同。远处的楼阁、船舶、山峰发出的光线射向空中，不断被折射，越来越偏离法线方向，进入热气层的入射角越来空中，不断被折射，越来越偏离法线方向，进入热气层的入射角越来越增大，当光线的入射角增大到临界角时，就发生全反射现象，人们越增大，当光线的入射角增大到临界角时，就发生全反射现象，人们就会看到远方的景物悬在空中。就会看到远方的景物悬在空中。1 1、全反射棱镜、全反射棱镜三、全反射现象的应用三、全反射现象的应用优点：反射率高，几乎为优点：反射率高，几乎为100%100%，反射时图像失真小，反射时图像失真小三、全反射现象的应用三、全反射现象的应用2 2、光导纤维、光导纤维光纤通讯光纤通讯：光导纤维的用途非常广泛在医学上可用光导纤维窥视人光导纤维的用途非常广泛在医学上可用光导纤维窥视人体内部的情况，或把体内的病变情况用光导纤维传送出图像，体内部的情况，或把体内的病变情况用光导纤维传送出图像，供医生直接观察或拍出照片以作进一步的研究如果把能量足供医生直接观察或拍出照片以作进一步的研究如果把能量足够大的激光通过光导纤维传输到人体内，还可以用激光在体内够大的激光通过光导纤维传输到人体内，还可以用激光在体内作外科手术或制止内出血，如治疗胃溃疡病人的内出血等作外科手术或制止内出血，如治疗胃溃疡病人的内出血等 用激光和光导纤维进行光纤通信，是光纤应用的一个重要用激光和光导纤维进行光纤通信，是光纤应用的一个重要方面，已取得了重大的成就光纤通信的优点很多第一，光方面，已取得了重大的成就光纤通信的优点很多第一，光纤的能量损耗低第二，光纤是电介质，绝缘性能好，不担心纤的能量损耗低第二，光纤是电介质，绝缘性能好，不担心被雷击，并能抗电磁干扰，可在有较强电磁干扰的环境中使用被雷击，并能抗电磁干扰，可在有较强电磁干扰的环境中使用第三，光纤体积小、质量小、易弯曲、可组成各种光缆，便第三，光纤体积小、质量小、易弯曲、可组成各种光缆，便于敷设和维护于敷设和维护 由于光纤通信有上述优点，在短短的几十年间已得到迅速由于光纤通信有上述优点，在短短的几十年间已得到迅速发展我国的北京、天津、南京、上海、武汉、广州、沈阳、发展我国的北京、天津、南京、上海、武汉、广州、沈阳、哈尔滨等大城市间均有了光纤通信，并且通信的范围还在迅速哈尔滨等大城市间均有了光纤通信，并且通信的范围还在迅速扩大中扩大中 内窥镜的结构 光导纤维在医学上的应用如图所示，一透明塑料棒的折射率为如图所示，一透明塑料棒的折射率为n,光线光线由棒的一端面射入，当入射角由棒的一端面射入，当入射角i在一定范围内在一定范围内变化时，光将全部从另一端面射出。当入射变化时，光将全部从另一端面射出。当入射角为角为i时，光在棒的内侧面恰好发生全反射。时，光在棒的内侧面恰好发生全反射。思考：思考：在水中的鱼看在水中的鱼看来，水面上和岸上的来，水面上和岸上的所有景物，都出现在所有景物，都出现在顶角约为顶角约为97.697.6的倒立的倒立圆锥里，圆锥里，为什么？为什么？知识总结知识总结全反射全反射两种介质两种介质全反射现象：折射光消失全反射现象：折射光消失全反射条件全反射条件全反射的应用全反射的应用光疏介质光疏介质光密介质光密介质光密到光疏介质光密到光疏介质入射角大于折射角入射角大于折射角 分析问分析问题时一定要题时一定要根据发生全根据发生全反射的两个反射的两个条件去判断！条件去判断！巩固练习1、已知n红n黄n绿，红、黄、绿三种单色光以相同的入射角从介质射向空气。若黄光在界面上恰好发生全反射，则：A、红光一定能发生全反射；B、绿光一定能发生全反射；C、只有红光从介质进入空气；D、只有绿光从介质进入空气。分析：C红C黄C绿C红 iC绿又 SinC=1/n根据入射角 i=C黄f红f黄f绿n红n黄n绿2、试求光从折射率为、试求光从折射率为n的某种介质中射向空气（或的某种介质中射向空气（或真空）界面时的临界角真空）界面时的临界角C。已知玻璃的折射率。已知玻璃的折射率 其其临界角多大？临界角多大？3、所示，已知玻璃砖的折射率、所示，已知玻璃砖的折射率 ，试回答以下几，试回答以下几个问题：个问题：（1）入射光AO从空气中射向玻砖界面ab，折射后射到cd界面，当入射角i增大时，光线OO能在cd界面上发生全反射吗？（3）若为一根弯曲的玻璃棒，）若为一根弯曲的玻璃棒，如图如图9所示，光能否将从一端传所示，光能否将从一端传到另一端？到另一端？（2）如果在玻璃砖）如果在玻璃砖bd边足够长，则折射光线边足够长，则折射光线OO将射到哪一将射到哪一界面上，光线在这一界面上有可能发生全反射吗？若玻璃砖界面上，光线在这一界面上有可能发生全反射吗？若玻璃砖的的bd边很长很长（即为一根玻璃棒），情况又如何呢？边很长很长（即为一根玻璃棒），情况又如何呢？（4）单纯的一根玻璃棒容易受损，通常给它再加）单纯的一根玻璃棒容易受损，通常给它再加一层外套，光导纤维就是这样由内层和外套两组成一层外套，光导纤维就是这样由内层和外套两组成的，而且直径做得很细（一般为只有几微米到一百的，而且直径做得很细（一般为只有几微米到一百微米），为使光能在纤维中传播，则要求内外两层微米），为使光能在纤维中传播，则要求内外两层介质的折射率应满足什么条件？介质的折射率应满足什么条件？