丹江口市物理 第十三章 光 第二节 全反射 新人教版选修3-4.ppt

知识回顾知识回顾w何谓光的反射和折射现象？何谓光的反射和折射现象？w光的反射和折射分别遵守什么规律？光的反射和折射分别遵守什么规律？反射定律：反射定律：1）共面）共面2）分居）分居3）等角）等角折射定律：折射定律：1）共面）共面2）分居）分居3）一、光疏介质和光密介质一、光疏介质和光密介质w折射率小的介质叫光疏介质。折射率小的介质叫光疏介质。w折射率大的介质叫光密介质。折射率大的介质叫光密介质。w注意注意：1、光疏和光密介质是、光疏和光密介质是相对相对的。因为折的。因为折射率的大小是相对的。射率的大小是相对的。介质介质空气空气水水酒精酒精金刚石金刚石折射率折射率1.000281.000281.331.331.361.362.422.42w2 2、不能理解为介质密度。如水和酒精、不能理解为介质密度。如水和酒精.光疏介质光密介质i思考：光进入不同介质时的角度大小关系：N NN NA AOOB B光疏介质光密介质ir光从光疏介质进入光密介质光从光疏介质进入光密介质N NN NOOB BA A光从光密介质进入光疏介质光从光密介质进入光疏介质r 逐渐增大入射角，当入射角增大到某一角逐渐增大入射角，当入射角增大到某一角度，折射角接近度，折射角接近9090时，继续增大入射角，时，继续增大入射角，这时会发生什么情况？这时会发生什么情况？实验 1 1 2 2N NN NA AOOB B光疏介质光密介质B B 1 1 2 2N NN NA AOO光密介质光疏介质思考：光从光密介质进入光疏介质光从光密介质进入光疏介质光密介质光密介质光密介质光密介质光疏介质光疏介质光疏介质光疏介质v小小小小v大大大大实验探究实验探究w随着入射角的增随着入射角的增大，反射光和折大，反射光和折射光的能量如何射光的能量如何变化变化w当入射角增大到当入射角增大到某一值时，会出某一值时，会出现什么现象现什么现象全反射试验光由光密介质射入光疏介质时，随光由光密介质射入光疏介质时，随着入射角的增大，当折射角增大到着入射角的增大，当折射角增大到9090时，折射光线完全消失，只剩下反射光时，折射光线完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫做线，这种现象叫做全反射全反射二、全反射二、全反射N1、现象、现象真空真空介质介质C真空真空介质介质大于大于大于大于C C光从介质射入真空时光从介质射入真空时真空真空介质介质临界角临界角C 当光恰好发生全反射现象时的入射角叫介质的当光恰好发生全反射现象时的入射角叫介质的临临界角界角。21证明：证明：令令 1=C则则 2=900n=sin2sin1=sin900sinC=1sinC C=arcsin 1n例例1、证明折射率为、证明折射率为n介质的临界角为：介质的临界角为：C=arcsin 1n常见物质的临界角：水：48.8 玻璃：32-42 金刚石：24.42、全反射的条件：光光从从光光密密介介质质进入光疏介质进入光疏介质 入射角等于或入射角等于或大于临界角大于临界角C COO光密介质N NN NA ACC光疏介质CC900全反射思考思考：发生全反射所需条件？发生全反射所需条件？水水中中看看世世界界全反射的举例全反射的举例水里的鱼水里的鱼鱼眼里的世界鱼眼里的世界鱼眼里的世界例例2、在水中的鱼看来，水面上和岸上所有的景物都出、在水中的鱼看来，水面上和岸上所有的景物都出现在顶角为现在顶角为97.60的倒立圆锥里，为什么？的倒立圆锥里，为什么？C=arcsin 1n解：解：=arcsin 11.33=48.80=97.60C=2C=248.80=97.60练习、水面下练习、水面下1处有一灯泡在发光在水面上放一木处有一灯泡在发光在水面上放一木板，要求板能挡住所有射出水面的光，求该木板的最板，要求板能挡住所有射出水面的光，求该木板的最小面积水折射率为小面积水折射率为4/3CChR解：解：sinC=1n34=原因：原因：光从水或玻璃光从水或玻璃射向气泡时，一部射向气泡时，一部分光在分界面上发分光在分界面上发生了全反射。生了全反射。三、生活中的全反射现象三、生活中的全反射现象1.为什么水中的气泡，看起来特别明亮？草叶上露珠也特别明亮，又为什么？草叶上露珠也特别明亮，又为什么？露珠露珠2、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，15日上午日上午11时时30分左右分左右(北京时间北京时间10时时30分分)，日，日本根室市职员谷口博之在本根室市职员谷口博之在北海道根室市海域的根室北海道根室市海域的根室海峡上空，观测到了海峡上空，观测到了船悬船悬于半空的海市蜃楼奇观于半空的海市蜃楼奇观，并将其拍摄下来。并将其拍摄下来。三、生活中的全反射现象三、生活中的全反射现象三、生活中的全反射现象三、生活中的全反射现象大气中的光现象大气中的光现象海市蜃楼（海面）海市蜃楼（海面）解释：海面上下层空气温度低，密度大，折射率大，解释：海面上下层空气温度低，密度大，折射率大，上层空气温度高，密度小，折射率小，远方物体发出上层空气温度高，密度小，折射率小，远方物体发出的光线向空中入射时不断折射弯曲，到某高度时发生的光线向空中入射时不断折射弯曲，到某高度时发生全反射，再射会地面，观察者感觉这光线来自空中。全反射，再射会地面，观察者感觉这光线来自空中。正立虚象中央电视台记者中央电视台记者2001年年9月月12日沿着青藏公路经日沿着青藏公路经过海拔过海拔2675米的万长盐米的万长盐桥时，突然看到远处的桥时，突然看到远处的戈壁上，戈壁上，有沙丘飘浮在有沙丘飘浮在天空中，天空中，在阳光和浮云在阳光和浮云的作用下，沙丘不断变的作用下，沙丘不断变幻着颜色，沙丘的周围幻着颜色，沙丘的周围是是“波光粼粼的湖水波光粼粼的湖水”，水面映出清晰的倒影。，水面映出清晰的倒影。大气中的光现象大气中的光现象沙漠蜃景（沙漠或马路）沙漠蜃景（沙漠或马路）解释：贴近地面空气温度高，密度小，折射率小，上解释：贴近地面空气温度高，密度小，折射率小，上层空气温度低，密度大层空气温度低，密度大，折射率大，折射率大。远方物体发出的。远方物体发出的有些光线向地面入射时不断折射弯曲，到地面附近时有些光线向地面入射时不断折射弯曲，到地面附近时发生全反射，再折向上射向远处空中，观察者感觉这发生全反射，再折向上射向远处空中，观察者感觉这光线来自地下。光线来自地下。倒立虚象四、全反射棱镜：四、全反射棱镜：4545454545451、结构：、结构：横截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜横截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜2、两种用法：、两种用法：A A、原理：利用全反射原理、原理：利用全反射原理B B、作用：改变光路、作用：改变光路CC、优越性：反光率高、优越性：反光率高,接近达到接近达到100%100%，成，成像失真小像失真小.D D、应用：精密昂贵的光学仪器中，比方说、应用：精密昂贵的光学仪器中，比方说显微镜，单反相机，潜望镜，望远镜显微镜，单反相机，潜望镜，望远镜,自行自行车尾灯等车尾灯等I1 I2 I3O 物体 分析全反射反射成像时与平面镜对比的优越性潜潜望望镜镜1 1、光导纤维光导纤维：全全反反射射的的更更多多应应用用光导纤维光导纤维1）、结构：）、结构：双层介质：双层介质：内芯为光密介内芯为光密介质，外套为光质，外套为光疏介质。疏介质。2）、原理：）、原理：在两介质界面在两介质界面上多次发生全上多次发生全反射。反射。3）、用途：）、用途：光纤通信、内窥镜等。光纤通信、内窥镜等。模拟模拟A A A A、原理：利用全反射原理（思考、原理：利用全反射原理（思考、原理：利用全反射原理（思考、原理：利用全反射原理（思考光纤内外层折射率的差别）光纤内外层折射率的差别）光纤内外层折射率的差别）光纤内外层折射率的差别）B B B B、作用：传输光、图象或者其他、作用：传输光、图象或者其他、作用：传输光、图象或者其他、作用：传输光、图象或者其他信息信息信息信息CCCC、优越性：、优越性：、优越性：、优越性：光纤通信的主要优点光纤通信的主要优点光纤通信的主要优点光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强是容量大、衰减小、抗干扰性强是容量大、衰减小、抗干扰性强是容量大、衰减小、抗干扰性强D D D D、应用：光纤通信，医学及工业内、应用：光纤通信，医学及工业内、应用：光纤通信，医学及工业内、应用：光纤通信，医学及工业内窥镜，饰品等窥镜，饰品等窥镜，饰品等窥镜，饰品等 光导纤维在医学上的应用光导纤维在医学上的应用光导纤维在医学上的应用光导纤维在医学上的应用 :内窥镜内窥镜内窥镜内窥镜2 2 2 2、珠宝的鉴赏（、珠宝的鉴赏（、珠宝的鉴赏（、珠宝的鉴赏（玻璃：玻璃：玻璃：玻璃：323232320 0 0 0-42-42-42-420 0 0 0 金刚石：金刚石：金刚石：金刚石：24.424.424.424.40 0 0 0）全反射的更多应用全反射的更多应用本节小结：本节小结：1 1 1 1、光疏介质与光密介质的理解。、光疏介质与光密介质的理解。、光疏介质与光密介质的理解。、光疏介质与光密介质的理解。2 2 2 2、全反射的定义。、全反射的定义。、全反射的定义。、全反射的定义。3 3 3 3、临界角的定义与计算。、临界角的定义与计算。、临界角的定义与计算。、临界角的定义与计算。4 4 4 4、全反射的条件及判断。、全反射的条件及判断。、全反射的条件及判断。、全反射的条件及判断。5 5 5 5、全反射的应用。、全反射的应用。、全反射的应用。、全反射的应用。重要提示 在运用光的折射定律作光路图解决实在运用光的折射定律作光路图解决实际问题时际问题时,首先要确定临界角首先要确定临界角,看看是否会发是否会发生全发射生全发射,在确定未发生全反射的情况下在确定未发生全反射的情况下,再根据折射定律确定入射角或折射角再根据折射定律确定入射角或折射角.思考思考:请大家思考生活当中下列请大家思考生活当中下列现象与全反射现象有什么关系现象与全反射现象有什么关系?例例3、光导纤维的折射、光导纤维的折射率为率为1.732，长度，长度为为L=1m，光束以，光束以600的入射角从纤维左端的入射角从纤维左端射入，最后从右端射射入，最后从右端射出，求光穿越光纤至出，求光穿越光纤至少需多少时间。少需多少时间。解：做辅助线如图，可知光走的折线总长等于解：做辅助线如图，可知光走的折线总长等于OP长长Sirn=sinisinr1.732=sin600sinrr=300t=SC/n=6.710-9（s）S=Lcos300=332OPS例例4、：下图表示光线射到水中的气泡的示意图。其中：下图表示光线射到水中的气泡的示意图。其中一定错误的有：一定错误的有：ABCD答：答：A、B提示：作出法线（过圆心），比较入射角与折射角提示：作出法线（过圆心），比较入射角与折射角例例5、半圆形玻璃砖对不同色光的折射率为、半圆形玻璃砖对不同色光的折射率为1.51.55之间，白光最初沿与竖直方向成之间，白光最初沿与竖直方向成300角向上射入玻璃砖，角向上射入玻璃砖，并刚好过圆心并刚好过圆心O，后以，后以O为轴逐渐逆时针转动，则为轴逐渐逆时针转动，则OA、天花板上有、天花板上有7种不种不同色光，红光在最左边同色光，红光在最左边B、光线转动，天花板、光线转动，天花板上的红光最先消失上的红光最先消失C、光线转动，天花板、光线转动，天花板上的紫光最先消失上的紫光最先消失D、光线转动，天花板、光线转动，天花板上的色光都不消失上的色光都不消失答：答：CoC练练1：一束白光最初照射到三棱镜左表面，并从水平位：一束白光最初照射到三棱镜左表面，并从水平位置开始以置开始以O为轴顺时针转动。以下判断正确的有：为轴顺时针转动。以下判断正确的有：A、一定有、一定有7种不同色光从种不同色光从右表面射出，红光在最下边右表面射出，红光在最下边B、随着转动角度增大，紫、随着转动角度增大，紫光将最先不能从右表面射出光将最先不能从右表面射出C、随着转动角度增大，红、随着转动角度增大，红光将最先不能从右表面射出光将最先不能从右表面射出D、随着转动角度增大，各、随着转动角度增大，各色光从玻璃砖射出点的间距色光从玻璃砖射出点的间距不断增大不断增大答：答：B、DO模拟练练2：一白光线照射到平板玻璃砖的上表面，并从图中：一白光线照射到平板玻璃砖的上表面，并从图中位置开始顺时针转动。以下判断正确的有：位置开始顺时针转动。以下判断正确的有：A、一定有、一定有7种不同色光从种不同色光从下表面射出，红光在最左边下表面射出，红光在最左边B、随着转动角度增大，紫、随着转动角度增大，紫光将最先不能从下表面射出光将最先不能从下表面射出C、随着转动角度增大，各、随着转动角度增大，各色光从玻璃砖射出点的间距色光从玻璃砖射出点的间距不断增大不断增大D、从下表面射出的不同色、从下表面射出的不同色光将相互平行光将相互平行O答：答：A、C、DO练练3、角、角B为为600，角，角C为为900的四棱柱镜的折射率为的四棱柱镜的折射率为2.4，白光线从，白光线从O点垂直点垂直AB面射入棱镜中。面射入棱镜中。（1）画出光路图，确定出射光线（每个面的反射光线）画出光路图，确定出射光线（每个面的反射光线和折射光线都不能或略）和折射光线都不能或略）AOBCD解：全反射临界角为解：全反射临界角为 1C=arcsin2.4300因此在因此在CD与与BC边都发边都发生全反射。生全反射。注意：注意：CD与与BC边相当于两个相互垂直的平面镜，边相当于两个相互垂直的平面镜，可知出射光与入射光应平行。可知出射光与入射光应平行。（）若光线以为轴顺时针转过一小角度，分析出（）若光线以为轴顺时针转过一小角度，分析出射光有何特点（提示：考虑色散现象）射光有何特点（提示：考虑色散现象）解：解：CD与与BC边相边相当于两个相互垂直当于两个相互垂直的平面镜，可知的平面镜，可知OE应与应与GF平行，平行，故出射光仍与入射故出射光仍与入射光平行。光平行。AOBCDEFG考虑到色散，作图可考虑到色散，作图可知出射光为知出射光为7种单色种单色光，从上向下依次为：光，从上向下依次为：红、橙、黄、绿、蓝、红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。靛、紫。分析问题分析问题时一定要根据时一定要根据发生全反射的发生全反射的两个条件去判两个条件去判断！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BC 2.2.某介质的折射率为某介质的折射率为 ，一束光从介质射，一束光从介质射向空气，入射角为向空气，入射角为6060，图中哪个光路图是正，图中哪个光路图是正确的？确的？D