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(共39张PPT)
4.2 全反射
学习目标要求 核心素养和关键能力
1.知道什么是光疏介质与光密介质。认识光的全反射。 2.理解临界角的概念,能判断是否发生全反射。 3.知道全反射棱镜、光导纤维及其应用。 4.能够通过作光路图,解决全反射现象的有关问题 1.核心素养
(1)运用平面几何知识进行光路分析。
(2)利用光路可逆原理分析问题。
2.关键能力
运用数学知识解决物理问题的能力
4.2 全反射
学习目标
通过实验认识光的全反射现象。
01
02
03
知道什么是光疏介质,什么是光密介质。
理解临界角的概念和发生全反射的条件,并能解决有关问题。
04
知道光导纤维及其应用。
观察与思考：水中的气泡，树叶上到露珠看上去晶莹剔透特别明亮，这是为什么呢？
新课引入
复习与回顾：
折射光线与入射光线、法线在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。
n12与入射角、折射角大小无关，
只与两种介质的性质有关
新课讲授
1.折射定律：
荷兰数学家斯涅耳
2.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。
思考与讨论：
1.真空与某种介质相比较，谁的折射率大？
新课讲授
2.光在真空中的传播速度和介质中的传播速度，谁大？
3.光从真空射向介质时，入射角和折射角谁大？反之，光从介质射向真空，二者谁大？
介质 水 玻璃 金刚石
折射率n 1.33 1.5~1.9 n＝2.42
4.参考下表，根据刚才的讨论，如果光从玻璃射向金刚石，入射角和折射角谁大？如果光从金刚石射向玻璃，入射角和折射角谁大？
两种介质中折射率较小的介质.
两种介质中折射率较大的介质.
一、全反射
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。
光疏介质:
光密介质:
2.光由光疏介质斜射入光密介质时，折射角 入射角；
光由光密介质斜射入光疏介质时，折射角 入射角。
3.光疏介质(n 小) 速度 ，角度 ；
光密介质(n 大) 速度 ，角度 。
小于
大于
大
大
小
小
1. 光疏介质和光密介质：
光疏介质：两种介质中折射率n较小的介质叫做光疏介质。
光密介质：两种介质中折射率n较大的介质叫做光密介质。
一、全反射
既然光由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角，那么，当入射角增大时，折射角会怎样呢？
探究思考
折射角会随之增大
α
β
B
空气
水（玻璃）
N
N′
A
O
M
M′
若继续增大入射角，又会出现什么现象呢？
当入射角增大到某个值时，折射角首先增大到90°
如果入射角再增大，会出现什么现象？
光由 介质射入 介质时，随着入射角的增大，当折射角增大到 °时，折射光线 ，只剩下 光线现象。
4.全反射：
光密
光疏
90
完全消失
反射
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。 用 表示。
5.临界角：
C
一、全反射
新课讲授
思考与讨论：
1.光由光密介质射入光疏介质时，一定发生全反射吗？发生全反射现象的条件是什么？
2.由于不同介质的折射率不同，在光从介质射向空气时，发生全反射的临界角是不一样的，怎样计算光从折射率为n的某种介质射向空气发生全反射的临界角C？
一、全反射
5.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
特殊的，当光疏介质为空气（真空）时，临界角C等于？
不同介质的临界角 同
介质 水 各种玻璃 金刚石
折射率 1.33 1.5~1.8 2.42
临界角C 48.8° 32°~ 42° 24.5°
（1）折射率n越大，临界角C越 ；也就越 发生全发射。
（2）临界角和折射率可以互求。
一、全反射
界面
真空
介质
法线
C
不
小
容易
水中的气泡，树叶上到露珠看上去特别明亮，是因为光在水界面上发生了全反射。
现象解释：
一、全反射
在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，为什么？这个圆锥的顶角是多大？
理解：当恰发生全反射时，折射光线沿界面传播？
几乎贴着水面射入水里的光线，在潜水员看来是从折射角为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。因此他认为水面以上所有的景物都出现在顶角为2C的圆锥里。
新课讲授
在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，为什么？这个圆锥的顶角是多大？
例.(2021·江苏卷,7)某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上,将激光束垂直于AC面射入,可以看到光束从圆弧面ABC出射,沿AC方向缓慢平移该砖,在如图所示位置时,出射光束恰好消失,该材料的折射率为(　 　)
A.1.2 B.1.4 C.1.6 D.1.8
A
新课讲授
二、全反射棱镜
1.结构：横截面为等腰直角三角形。
新课讲授
二、全反射棱镜
2.作用：改变光的方向，可使光的传播方向改变90°或180°
变化90 °
变化180 °
3.特点：
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。
二、全反射棱镜
二、全反射棱镜
潜望镜
4.应用：
二、全反射棱镜
精密光学仪器全反射棱镜
二、全反射棱镜
4.应用：
3.优点：容量大、衰减小、抗干扰性强
三、光导纤维
1.原理：利用 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 ，所以，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。
大
全反射
例 光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播，下列关于光导纤维的说法正确的是(　　)
A．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
B．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
C．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生折射
D．内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用
A
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。
医用内窥镜
光导纤维在医学上的应用
三、光导纤维
4.应用：
光纤通讯
利用光导纤维容量大、衰减小、抗干扰性强的优点进行通讯．
三、光导纤维
4.应用：
利用光导纤维抗冲击性强，可用距离长，柔软且加工性很好，输出光色变换丰富等特点来装饰照明．
光纤装饰照明
三、光导纤维
4.应用：
水流导光
将塑料瓶下侧开一个小孔，瓶中灌入清水，水就从小孔流出。用激光水平射向塑料瓶小孔（图激光可由激光笔产生），观察光的传播路径。
三、光导纤维
4.应用：
课堂小结
[例1] 某透明物体的横截面如图所示,其中ABD为等腰直角三角形,AB为直角边,长度为L,AED为一圆弧,其圆心在AD边的中点。此透明物体的折射率n=2.0。若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入该透明物体,则光线从AED圆弧射出的区域弧长s为(　 　)
B
求光线照射的范围时,关键是找出边界光线,如果发生全反射,刚好能发生全反射时的临界光线就是一条边界光线,而另一条光线可以通过分析找出。确定临界光线时,关键是确定光线在什么位置时入射角等于临界角。
1．红、黄、绿三种单色光以相同的入射角从水中射向空气，若黄光在界面上恰好发生全反射，则下列判断正确的是（　　）
A．绿光不能发生全反射
B．红光一定能发生全反射
C．黄光在水中的波长比红光在水中的波长长
D．这三种单色光相比，红光在水中传播的速率最大
D
课堂练习
课堂练习
2．如图所示，半圆形玻璃砖放在空气中，三条同一颜色、强度相同的光线，均由空气沿半圆半径方向射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置。下列说法正确的是（　　）
A．假若三条光线中只有一条在O点发生了全反射，那一定是aO光线
B．假若光线bO能发生全反射，那么光线cO一定能发生全反射
C．假若光线bO能发生全反射，那么光线aO一定不能发生全反射
D．假若光线aO恰能发生全反射，那么光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度小
课堂练习
A
【答案】A
【详解】A．根据题意，三条光线颜色相同，强度相同，所以三条光线所对应的折射率相同，当其恰好发生全反射时，临界角相同，由图可知，aO光线的入射角最大，当入射角达到临界角时，恰好发生全反射，故A正确；
BC．若bO光线发生全反射，则aO一定发生全反射，但是cO不一定发生全反射，故BC错误；
D．若aO恰好发生全反射，则bO和cO不会发生全反射，其反射光线的亮度相同，故D错误。
故选A。
课堂练习
3．空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图所示。方框内有两个折射率n=1.5的玻璃全反射棱镜。下列选项中给出了两棱镜四种放置方式的示意图，其中能产生上述效果的是 (　　)
B
课堂练习
课堂练习
4．光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播．以下关于光导纤维的说法正确的是（　　）
A．内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射
B．内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射
C．内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生折射
D．内芯的折射率与外套相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用
A
课堂练习
【答案】A
【详解】发生全反射的条件是光由光密介质射入光疏介质，所以内芯的折射率大，且光传播在内芯与外套的界面上发生全反射。
故选A。
课堂练习
本节课结束
谢谢聆听

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