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(共29张PPT)
学习任务一：光的折射
N
N'
A
O
B
空气
玻璃（折射率1.73）
i
r
从空气射到玻璃，i=60o ，r=？
学习任务一：介质分类
1.光密介质和光疏介质
光疏介质:两种介质中折射率较小的介质叫做光疏介质.
光密介质:两种介质中折射率较大的介质叫做光密介质.
注意:“光密介质”和“光疏介质” 是相对而言的，对其界定是以折射率为依据的。
介质 水 玻璃 金刚石
折射率n 1.33 1.5-1.9 n＝2.42
学习任务一：全反射
光从光疏进入光密介质，或从光密到光疏介质分别会怎么偏转？
问题
N
N'
A
O
B
光疏介质
光密介质
i
r
光从光疏介质进入光密介质
光从光密介质进入光疏介质
i
N
N'
A
O
B
光疏介质
光密介质
r
学习任务一：光的折射
N
N'
A
O
B
空气
玻璃（折射率1.73）
i
r
从空气射到玻璃，i=60o ，r=？
N
N'
A
O
B
空气
玻璃（折射率1.73）
i
r
从玻璃射到空气，r=60o ，i=？
4.2 全反射
人教版（2019）普通高中物理选择性必修第一册同步教学课件
第四章 光
学习任务一：全反射
1.全反射定义：
光由光密介质射到光疏介质时，光线不发生折射，而全部返回到原介质中继续传播的现象。
玻璃
空气
C
此时的入射角称为——临界角
2.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；
学习任务一：全反射
3.折射率与临界角的关系：（光由介质射入真空中）
界面
真空
介质
C
注意：(1)只有光从介质射入真空（空气）的交界面时，才能这样求
临界角。
(2)n越大，临界角越小，也就越容易发生全发射。
学习任务一：全反射
4.现象解释
水中和玻璃中的气泡，看起来特别明亮，是因为光从水或玻璃射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射。
学习任务二：全反射棱镜
1.全反射棱镜
玻璃棱镜的截面为等腰直角三角形，当光从图中所示的方向射入玻璃时，由于光的方向与玻璃面垂直，光线不发生偏折。但在玻璃内部，光射向玻璃与空气的界面时，入射角大于临界角，发生全反射。
与平面镜相比，它的反射率高，几乎可达 100%。这种棱镜在光学仪器中可用来改变光的方向。
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学习任务二：全反射棱镜
2.横截面是等腰直角三角形的棱镜
(1)截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜
(2)原理：利用全反射原理
(3)特点：(玻璃的临界角为32°—42°)
①当光垂直于它的任意一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，与平面镜相比，它的反射率很高
②反射面不必涂敷任何反光物质
(4)作用：改变光的方向，可使光的传播方向改变90°或180°
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学习任务二：全反射棱镜
改变光的方向
学习任务二：全反射棱镜
3.全反射棱镜的应用
自行车尾灯
学习任务二：全反射棱镜
常见物质的临界角：
水：48.80 玻璃：320-420 金刚石：24.40
学习任务二：全反射棱镜
对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜等，就需要用全反射棱镜代替平面镜，以消除多余的像．
当然，如果在玻璃的前表面镀银，就不会产生多个像，一般的平面镜都是在玻璃的后面镀银， 但是银面容易脱落．因此对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜等，就需要用全反射棱镜代替平面镜．与平面镜相比,它的反射率高,几乎可达100%。
学习任务三：光导纤维
1966年，33岁的华裔科学家高锟博士和George A. Hockham首先提出光纤可以用于通讯传输的设想,43年后，获得2009年诺贝尔物理学奖。由于高锟制造出世界上第一根光导纤维，被誉为“光纤通读之父”。
学习任务三：光导纤维
(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
(3)优点：容量大、衰减小、抗干扰性强
学习任务三：光导纤维
光纤通信
光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强。
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。
考点一：全反射现象及其应用
【例题1】 一个半圆柱形玻璃砖,其横截面是半径
为R的半圆,AB为半圆的直径,O为圆心,如图所示。
玻璃的折射率为n= 。
(1)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面,若光线
到达上表面后,都能从该表面射出,则入射光束在AB上的最大宽度为多少
考点一：全反射现象及其应用
解析:(1)在O点左侧,设从E点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角θ,则OE区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出,如图甲所示。由全反射条件有sin θ= ①
由几何关系有lOE=Rsin θ②
由对称性可知,若光线都能从上表面射出,光束的宽度最大为 l=2lOE③
联立①②③式,代入已知数据得l= R。④
考点一：全反射现象及其应用
射到G点的光有一部分被反射,沿原路返回到达C点射出。
考点一：全反射现象及其应用
【变式训练1】 某种介质对空气的折射率是 ,一束光从该介质射向空气,入射角是60°,则下列光路图中正确的是(图中Ⅰ为空气,Ⅱ为介质)( 　)
答案:D
解析:由题意知,光由光密介质射向光疏介质,由sin C= ,得C=45°<θ=60°,故在两介质的界面上会发生全反射,只有反射光线,没有折射光线,故选项D正确。
考点二：全反射棱镜
【例题2】 自行车上的红色尾灯不仅是装饰品,也是夜间骑车的安全指示灯,它能把来自后面的光线反射回去。某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角棱镜(折射率n> )组成,棱镜的横截面如图所示。一平行于横截面的光线从O点垂直于AB边射入棱镜,先后经过AC和CB边反射后,从AB边的O'点射出,则出射光线是(　　)
A.平行于AC边的光线①
B.平行于入射光线的光线②
C.平行于CB边的光线③
D.沿AB边的光线④
考点二：全反射棱镜
解析:由题意可知,等腰直角棱镜的折射率n> ,且sin C= ,得临界角小于45°,由题图可得,光从空气进入棱镜,因入射角为0°,所以光线不偏折。当光从棱镜射向空气时,入射角等于45°,发生全反射,根据几何关系,结合光路可逆可知,出射光线是②,即平行于入射光线,故B正确,A、C、D错误。
科学思维 当光垂直于它的一个界面射入后,都会在其内部发生全反射,与平面镜相比,它的反射率很高。反射面不涂敷任何反光物质,反射时失真小。
考点三：光导纤维
【例题3】 某有线制导导弹发射时,在导弹发射基地和导弹间连一根细如蛛丝的特制光纤,它双向传输信号,能达到有线制导作用。光纤由纤芯和包层组成,其剖面如图所示,其中纤芯材料的折射率n1=2,包层折射率n2= ,光纤长度l为6 km。已知当光从折射率为n1的介质射入折射率为n2的介质时,入射角θ1、折射角θ2间满足:n1sin θ1=n2sin θ2。
(1)试通过计算说明从光纤一端入射的光信号
是否会通过包层“泄漏”出去。
(2)若导弹飞行过程中,将有关参数转变为光信号,利用光纤发回发射基地经瞬间处理后转化为指令光信号返回导弹,求信号往返需要的最长时间。
解析:(1)如图所示,由题意知在纤芯和包层分界面上全反射临界角C满足n1sin C=n2sin 90°,得C=60°。
当在端面上的入射角最大(i=90°)时,折射角r也最大,在纤芯与包层分界面上的入射角i'最小,当端面上i=90°时,
所以,在所有情况中从端面入射到光纤中的信号都会发生全反射,光信号不会从包层中“泄漏”出去。
考点三：光导纤维
(2)当在端面上入射角最大时所用的时间最长,这时光在纤芯中总路程为
代入数据得t=1.6×10-4 s。
科学思维 1.光信号能否“泄漏”,要看当光在光纤内传播时,入射角最小时能否发生全反射。
2.光在光纤内传播的路程为光传播过程中的轨迹长度,光在光纤内的速度为光速。
考点三：光导纤维
考点三：光导纤维
【变式训练3】 光导纤维是利用光的全反射来传输光信号的。如图所示,一光导纤维内芯折射率为n1,外层折射率为n2,一束光信号与界面夹角α由内芯射向外层,要在界面发生全反射,必须满足的条件是(　　)
A.n1>n2,α小于某一值 B.n1C.n1>n2,α大于某一值 D.n1答案:A
解析:要使光信号在内芯与外层的界面上发生全反射,必须让内芯折射率n1大于外层折射率n2,同时入射角须大于某一值,故α应小于某一值,故A正确。

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