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光的折射、全反射
第四章
1. 通过实验，理解光的折射定律。会测量材料的折射率。
2. 知道光的全反射现象及其产生的条件。初步了解光纤的工作原理、
光纤技术在生产生活中的应用。
新课标要求
射水鱼在水中能准确射中水面上不远处的小昆虫。水中的鱼看到小昆虫在什么位置？是在昆虫的上方还是下方？
课堂引入
预习课本P80-82，回答问题：
什么光的折射？
预习课本P80-82，回答问题：
什么光的折射？
光从第1 种介质射到与第 2 种介质的 时，一部分光会进入 这个现象叫作光的折射。
介质1
介质2
入射光线
折射光线
N
O
N'
法线
第2种介质
分界面
预习课本P80-82，回答问题：
光在折射时遵从什么规律呢？
预习课本P80-82，回答问题：
光在折射时遵从什么规律呢？
1、折射光线、入射光线、法线在 平面内
2、折射光线和入射光线分居 两侧
水
3、当入射角增大时，折射角也随着
4、在光的折射现象中，光路也是 的
同一
法线
增大
可逆
入射角与折射角有什么定量关系呢？
1621 年，荷兰数学家斯涅耳在分析了大量实验数据后，找到了两者之间的关系，并把它总结为光的折射定律（refraction law）：
斯涅耳
入射角的正弦和折射角的正弦成正比
=
n12
比例常数
斯涅耳定律
入射角与折射角有什么定量关系呢？
折射率
光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率。用符号 n 表示。真空中折射率为1。
注意：（1）n的大小与θ1和θ2无关，与介质和入射光的频率有关，对于确定的介质，n是定值，不能说n∝sinθ1或n∝1/sinθ2，
（2）折射率无单位，任何介质的折射率皆大于1。
2.定义式:
（3）折射率反映介质对光的偏折作用，n越大光线偏折越厉害。
1.定义：
某介质的折射率，等于光在真空中的速度c与光在介质中的速度v之比：
c
v
n=
（n＞1）
光在不同介质中的速度不同，这正是发生折射的原因。
3.研究表明：
4.下表列出了几种介质的折射率。
空气对光的传播影响很小，可作为真空处理！
比实际物体位置偏上，看起来比实际深度浅。
想一想：水下的鱼看起来比实际的深度深还是浅？
学以致用
学以致用
河中有条小鱼，某时刻小鱼的实际深度为H，一人从水面正上方往水中看，他感觉到的小鱼的深度为多大？（设水的折射率为n）
学以致用
解：如图所示，设小鱼在S处，从鱼反射出的光线SO垂直水面射出，光线SO1与SO间的夹角很小。因一般人的瞳孔的线度为2～3 mm，θ1、θ2为一组对应的折射角和入射角，可知θ1、θ2均很小。由数学知识知：
sin θ1≈tan θ1= ，sin θ2≈tan θ2=
由折射定律得：n= = =
得h= 即小鱼的视深为
学以致用
思考：水中有两同深度灯，一灯发射红光、一灯发射蓝光，从水面正上方往水中看，哪个颜色的灯感觉到的深度大？
灯的视深为
红光 紫光
折射率在增大
红色灯看上去更深
水中的气泡和叶子上的露珠看起来特别明亮；炎热夏天，柏油路面有时看起来特别明亮,像水洗过的一样。这又是为什么呢？
光疏介质和光密介质
定义：对于折射率不同的两种介质来说，我们把折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质。
入射角
反射角
折射角
θ1
θ2
θ3
空气
玻璃
介质1
介质2
θ1 = θ2
θ1 >θ3
n1介质1相对于介质2
介质1为光疏介质
介质2为光密介质
光疏介质和光密介质是相对的。
光疏介质和光密介质
【注意】
相对大小：
如水和空气；
水和金刚石比较
折射角与入射角：光由光疏介质射入光密介质，折射角小于入射角。光由光密介质射入光疏介质，折射角大于入射角。


O
空气
水
光疏
介质
光密
介质


O
光疏
介质
光密
介质
空气
水
光疏介质中的角度大于光密介质角度！
思考：光由光密介质进入光疏介质时，如果入射角不断增大，使折射角增大到90 时，会出现什么现象？
观察实验现象后回答，光由水射向空气随着入射角的逐渐增大的过程中：
（1）折射角逐渐 ；
（2）折射光线亮度逐渐 ；
（3）反射角逐渐 ；
（4）反射光线亮度逐渐 ；
（5）当入射角增大到某一角度时，折射光线 ，
所有光线全部反射。
观察实验现象后回答，光由水射向空气随着入射角的逐渐增大的过程中：
（1）折射角逐渐 ；
（2）折射光线亮度逐渐 ；
（3）反射角逐渐 ；
（4）反射光线亮度逐渐 ；
（5）当入射角增大到某一角度时，折射光线 ，
所有光线全部反射。
增大
减弱
增大
增强
消失
观察实验现象后回答，光由空气射向水随着入射角的变化的过程中：
全反射
全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，入射角逐渐增大到某一角度，光线全部被反射回原光密介质的现象。
临界角：当光从光密介质射入光疏介质时，折射角等于900角时的入射角叫做临界角。用C表示。
玻璃
空气
发生全反射的条件
（1）光从光密介质射入光疏介质；
（2）入射角等于或大于临界角；
临界角C的大小由折射率可得：
临界角的正弦值：
玻璃
空气
临界角的计算
思考1：在水中的鱼看来，水面上和岸上的所有景物，都出现在顶角约为97.6°的倒立圆锥里，为什么？
水的折射率为1.33 所以C=48.80
则有圆锥顶角θ=2C=97.60
学以致用(课本习题)
学以致用(课本习题)
思考1：在水中的鱼看来，水面上和岸上的所有景物，都出现在顶角约为97.6°的倒立圆锥里，为什么？
水的折射率为1.33 所以C=48.80
则有圆锥顶角θ=2C=97.60
几乎贴着水面射入水里的光线，在鱼看来都是从折射角为C的方向射来的，水面上其他方向射来的光线，折射角都小于C。因此水面以上所有的景物都出现在顶角为2C的圆锥里。
结论：光从水中射向空气时，一部分光在分界面上发生了全反射。
思考2：草叶上露珠特别明亮，为什么？
学以致用
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
思考3：上现蜃景——海市蜃楼
学以致用
2.下现蜃景——沙漠蜃景
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 ，折射率大 。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。
学以致用
全反射现象应用
全反射棱镜：截面为等腰直角三角形的棱镜
45
45
45
45
45
45
变化90 °
变化180 °
原理：利用全反射原理
特点：(玻璃的临界角为32°-42°)
全反射棱镜：截面为等腰直角三角形的棱镜
全反射现象应用
光导纤维：
全反射现象应用
(1)原理：利用全反射原理
(2)构造：由折射率较高的玻璃内芯和折射率较低的外层透明介质组成，因为内芯的折射率比外套的大，所以，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强。
光纤通信
光纤
一路光纤的传输能力理论值为二十亿路电话，一千万路电视。虽然光纤通信的发展历史只有20多年的，但是发展的速度是惊人的。
全反射现象应用
医学应用：光导纤维的用途很大，医学上将其制成内窥镜，用来检查人体内脏的内部实际的内窥镜装有两组光纤，一组把光传送到人体内部进行照明，另一组把体内的图像传出供医生观察。
全反射现象应用
内窥镜的结构
光导纤维在医学上的应用
如图所示，阴影部分ABC为一由均匀透明材料做成的柱形光学元件的横截面，弧AC是一半径为R的圆弧，D为圆心，ABCD构成正方形，在D处有一点光源，当光从AB中点E射出时，折射光的反向延长线交AD于F点，AF的长度为 ，不考虑二次折射。求：
（1）此材料对该光的折射率n；
（2）AB边有光射出的区域的长度。
牛刀小试（课后改编题）
解：（1）设光线在E点的入射角为，折射角为，如图
由几何关系可得
此材料对该光的折射率为
牛刀小试（课后改编题）
解：（2）设光线在AB边上恰好发生全反射的临界角为，则
因此
则
所以AB边有光射出的区域长度为
牛刀小试（课后改编题）
课堂小结
一、光的折射
折射定律：三线共面、分居法线两侧
折射率：
n的大小与θ1和θ2无关，与介质和入射光的频率有关
二、光的全反射
发生全反射条件（1）光从光密介质射入光疏介质；
（2）入射角等于或大于临界角；
全反射现象：海市蜃楼、沙漠蜃景
全反射应用：潜望镜、全反射棱镜、光导纤维
=
n12
n
c
v
=

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