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(共33张PPT)
第一章 动量守恒定律
4.2 全反射
人教版（2019）高中物理选择性必修第一册
新课导入
1
新课讲解
3
学习目标
2
经典例题
4
课堂练习
5
本课小结
6
目录
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？
课堂导入
学习目标
1. 知道光密介质和光疏介质的概念，认识光的全反射现象。
2. 知道全反射棱镜及其应用。
3. 初步了解光导纤维原理及光纤技术对社会经济生活的重大影响。
一、光疏介质和光密介质
1.光疏介质：折射率较小的介质（光在光疏介质中传播速度相对较大）。
2.光密介质：折射率较大的介质（光在光密介质中传播速度相对较小）。
特别提醒：
光疏和光密是从介质的光学特性来说的,并不是它的密度大小。如,酒精的密度比水小,但酒精和水相比,酒精是光密介质。
3.光疏介质与光密介质是相对的
任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介质或光密介质。如，水、水晶和金刚石三种物质相比较，水晶对水来说是光密介质，对金刚石来说则是光疏介质。
4.光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的小n=。
一、光疏介质和光密介质
5.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。
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？
一、光疏介质和光密介质
O
空气
水
光疏介质
光密介质
O
光疏介质
光密介质
空气
水
实验观察
实验观察
现象：随着入射角的逐渐增大的过程中，折射角逐渐增大 ；折射光线亮度逐渐减弱；反射角逐渐增大；反射光线亮度逐渐增强；当入射角增大到某一角度时，折射光线消失，所有光线全部反射。
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
二、全反射
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
二、全反射
二、全反射
由于不同介质的折射率不同，在光从介质射入空气（真空）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 的某种介质射入空气（真空）发生全反射时的临界角 C ？
思考与拓展
计算时可以先考虑图的情形——光以接近 90°的入射角从空气射入介质，求出这时的折射角。根据光路可逆的道理，也就知道光从介质射入空气时发生全反射的临界角了。
介质 水 玻璃 金刚石
折射率n 1.33 1.5~1.9 n＝2.42
临界角C 48.8 ° 32 °~ 42 ° 24.4 °
不同介质的临界角
二、全反射
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。
三、全反射棱镜
当光线由AB面垂直入射时：
横截面是等腰直角三角形的棱镜
当光线由AC面垂直入射时：
在AC面发生全反射，垂直由BC面出射．
在AB、 BC面发生两次全反射，垂直由AC面出射．
变化90 °
变化180 °
A
B
C
C
B
A
三、全反射棱镜
全反射棱镜的应用
双筒望远镜中的全反射棱镜
三、全反射棱镜
全反射棱镜的应用
三、全反射棱镜
自行车尾灯
四、光导纤维
1966 年，33 岁的华裔科学家高锟提出：光通过直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来传输大量信息。高锟因此获得 2009 年诺贝尔物理学奖。根据这一理论制造的光导纤维（optical fiber）已经普遍应用到通信领域。这其中就用到了全反射原理。
高锟（1933-2018）
如图,激光笔发出的光射入一根弯曲的有机玻璃棒的一端，观察光传播的路径有什么特点。
四、光导纤维
当光在有机玻璃棒内传播时，如果从有机玻璃射向空气的入射角大于临界角，光会发生全反射，于是光在有机玻璃棒内沿着锯齿形路线传播。这就是光导纤维导光的原理。
实用光导纤维的直径只有几微米到一百微米。因为很细，一定程度上可以弯折。它由内芯和外套两层组成，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。
四、光导纤维
原理：利用全反射原理
结构：
四、光导纤维
如果把光导纤维聚集成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图像就可以从一端传到另一端（图 1）。 医学上用这种光纤制成内窥镜（图 2）用来检查人体胃、肠、气管等脏器的内部。 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。
图2
图1
典例分析
例：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？
分析：如图，岸上所有景物发出的光，射向水面时入射角分布在0°到90°之间，射入水中后的折射角都在0°至临界角C之间。
典例分析
例：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？
由公式sin C ＝ 水的折射率n ＝ 1.33，可求得临界角：
C ＝ arc sin 48.8°
设圆锥的顶角为α，则有
α ＝ 2C ＝ 97.6°
即圆锥的顶角为97.6°
解：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。
典例分析
【典例2】（多选）下列说法正确的是（　　）
A．在水中的潜水员斜向上看岸边的物体时，看到的物体的像比物体所处的实际位置高
B．光纤通信是一种现代通信手段，它是利用光的全反射原理来传递信息的
C．在光的照射下，玻璃杯裂缝处看上去比周围明显亮，是由于光的全反射
D．海市蜃楼产生的原因是海面上方上层空气的折射率比下层空气的折射率大
【正确答案】ABC
典例分析
【典例3】一束由a、b两种单色光组成的复色光从水中射入空气中，并分成a、b两束，下列关于a、b两束单色光的说法正确的是（　　）
A．若水中入射光SA的入射角不断增大，则a光先发生全反射
B．a光的折射率比b光的折射大
C．在真空中a光的速度比b光大
D．在水中a光的传播速度比b光的大
【正确答案】D
典例分析
【典例4】如图所示，MN是空气与某种液体的分界面，一束红光由空气射到分界面，一部分光被折射，一部分光进入液体中。当入射角是450时，折射角为300，求：
（1）该液体对红光的折射率n；
（2）该液体对红光的全反射临界角C。
典例分析
课堂练习
1.如图所示，置于空气中的厚玻璃板，AB、CD分别是玻璃板的上、下表面，且AB∥CD。光线经AB表面射向玻璃砖，折射光线射到CD表面时，下列说法正确的是（　　）
A.不可能发生全反射
B.有可能发生全反射
C.只要入射角i足够大就能发生全反射
D.不知玻璃折射率，无法判断
解析：由图知，入射光线在AB面上的折射角一定小于临界角，由于AB∥CD，折射光线射到CD表面时入射角与AB面上的折射角相等，所以入射角一定小于临界角，所以折射光线射到CD表面时一定不会发生全反射。A正确。
A
课堂练习
2.［多选］如图所示为一直角棱镜的横截面，∠bac=90°，
∠abc=60°。一平行细光束从O点沿垂直于bc面的方向射入棱
镜。已知棱镜材料的折射率n= ，若不考虑入射光线在bc面上
的反射光，则有光线（　　）
A.从ab面射出 B.从ac面射出
C.从bc面射出，且与bc面斜交 D.从bc面射出，且与bc面垂直
解析：A错：由 得 ，得全反射临界角 。
射到ab面的光线，入射角等于60°，发生全反射，则ab面上
没有光射出。
B、D对，C错：ab面上的反射光射到ac面上时入射角为30°，不发生全反射，ac面上既有折射光射出，又有反射光，由几何图形知，反射光射到bc面上时的入射角为0°，有光线从bc面射出。
BD
课堂练习
3.如图 所示，玻璃砖的截面为直角三角形AOB，∠B=30°，直角边AO长度为d。一单色光自距离A点 处的D点垂直AO边射入该玻璃砖，第一次到达AB边时恰好发生全反射。已知光在真空中传播的速度为c，求：
（1）此玻璃砖的折射率；
（2）此光线第一次自BO边射出时折射角的正弦值；
（3）此光线在该玻璃砖中传播的时间。
解析：（1）光路如图所示，由几何知识，在AB边上的入射角∠C=60° 。
又sin C= 。
得此玻璃砖的折射率：n= 。
（2）由几何知识，在BO边上的入射角∠α=30°，由n=
得此光线第一次自BO边射出时的折射角的正弦值sin β= 。
（3）由几何知识知此光线在玻璃砖中传播的路程x= d
又n= ，t= ，得传播时间：t= 。
课堂练习
4.如图所示，一根长为L的直光导纤维，它的折射率为n。
光从它的一个端面射入，从另一个端面射出需要的最长时
间为多少？（设光在真空中的传播速度为c）
解析：要使光在光导纤维中传播的时间最长，就必须使光线的路径最长，即每次反射的入射角都等于临界角，设光导纤维的临界角为C。
sin C=
光在光导纤维中传播的路程d= =nL
光在光导纤维中传播的速度v=
则所需最长时间t= = 。
课堂小结
1.光疏介质：折射率较小的介质
2.光密介质：折射率较大的介质
3.全反射： 光由光密介质射入光疏介质时，同时发生反射和折射，折射角大于入射角，随着入射角的增大，反射光线越来越强，折射光线越来越弱，当折射角增大到90°时，折射光线完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫做全反射。
4.临界角（C）：折射角等于90°时的入射角
5.发生全反射的条件：
（1）光由光密介质射入光疏介质；
（2）入射角等于或大于临界角。
6.光从介质射入空气（真空）的临界角：n ＝ sinC ＝
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