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(共39张PPT)
第四章
3
全反射
1
知道什么是光疏介质和光密介质，理解它们具有相对性.
2
理解全反射现象，掌握临界角的概念和全反射的条件.
重点
3
了解全反射棱镜和光导纤维.
难点
趣味实验：隐身硬币
你能解释这个“魔术”中的物理原理吗？
水中的气泡看上去特别明亮
晶莹剔透的露珠
炎热的夏天柏油路面有时看起来特别明亮
全反射
n空气=1.0028
光从空气到水中(
入射角
折射角
光从水到空气中(光路是可逆的)
入射角
折射角
光疏介质
光密介质
光从折射率较小的介质进入折射率较大的介质时，折射角小于入射角
光从折射率较大的介质进入折射率较小的介质时，折射角大于入射角
(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)光疏介质与光密介质是相对的.
(4)光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的小( ).
1.光疏介质和光密介质
θ1
θ2
空气
N
N'
A
O
B
介质 1
θ1
θ3
N
N'
A
O
B
空气
介质2
介质1相对介质2是光疏介质
介质1与介质2相对空气都是光密介质
θ2
θ3
＞
n1
＜
n2
光由光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角，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？
随着入射角的逐渐增大：
折射角逐渐 ；折射光线亮度逐渐 ；反射角逐渐 ；
反射光线亮度逐渐 ；当入射角增大到某一角度时，折射角达到90 ，折射光线 ，所有光线全部反射。
增大
减弱
增大
增强
消失
玻璃
空气
C
如图，当折射角恰好为90 时，根据
临界角
(1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射.如果入射角逐渐增大，折射光离法线会越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光的现象.
2.全反射现象
(2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角.用字母C表示，光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的
关系是sin C＝ .
(3)全反射发生的条件
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.
例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比，酒精是光密介质。
1.“因为玻璃密度较大，所以一定是光密介质”，这种说法对吗？
不对，光密介质和光疏介质具有相对性，如玻璃相对于水是光密介质，而相对于金刚石则是光疏介质.因此折射率与介质的密度没有必然联系，折射率是反映介质光学性质的物理量.
2.如下表，光从以下哪种介质射入空气更容易发生全反射？
介质 水 玻璃 金刚石
折射率n 1.33 1.5～1.9 2.42
临界角C 48.8° 32°～42° 24.4°
介质折射率越大，发生全反射的临界角越小，越容易发生全反射，故光从金刚石射入空气更容易发生全反射.
生活中的全反射现象
光疏介质
光密介质
水中的气泡看上去特别明亮：光从水或玻璃射向气泡时，一部分光在分界面上发生了全反射.
晶莹剔透的露珠：光由水珠内部射向空气时，大部分光线发生了全反射，与折射出来的光线重叠交织在一起，所以看起来会比较亮。
炎热的夏天柏油路面有时看起来特别明亮
贴近热路面附近的空气层比上层空气的折射率小，远处物体射向路面的部分光线发生了全反射，所以，从远处看，炎热夏天柏油路面有时看起来特别明亮。
上现蜃景—海市蜃楼
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，再射回地面，观察者感觉这光线来自空中。
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。
导练
1.(多选)下列说法正确的是
A.因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质
B.因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质
C.同一束光，在光密介质中的传播速度较大
D.同一束光，在光密介质中的传播速度较小
√
√
因为水的折射率为1.33，酒精的折射率为1.36，所以水对酒精来说是光疏介质，折射率与介质的密度没有必然联系，选项A错误，B正确；
2.在潜水员看来，岸上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(水的折射率n＝1.33)
答案　见解析
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.
设圆锥的顶角为α，则有α＝2C＝97.6°
即圆锥的顶角为97.6°.
3.(课本第94页第3题)如图是一个用折射率n＝2.4的透明介质做成的四棱柱的横截面图，其中∠A＝∠C＝90°，∠B＝60°，现有一束光从图示的位置垂直入射到棱镜的AB面上，画出光路图，确定射出光线.注意：每个面的反射光线和折射光线都不能忽略.
答案　见解析
4.如图，一个三棱镜的截面为等腰直角三角形ABC，∠A为直角.此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能发生全反射.该棱镜材料的折射率为
√
由几何关系：C＝90°－r
总结提升
介质折射率除应用折射率定义式求解外，还可根据全反射条件求解：
全反射的应用——全反射棱镜、光导纤维
(1)由AB面垂直入射时
图为横截面是等腰直角三角形的玻璃棱镜(各种玻璃的临界角为32°～42°)，当光线以以下三种方式入射时会发生什么现象？
(2)由AC面垂直入射时
方向变化90 °
方向变化180 °
A
B
C
C
B
A
(3)由AB面水平入射时
A
B
C
方向发生侧移
(1)全反射棱镜：截面为等腰直角三角形的棱镜.
(2)原理：利用全反射原理
(3)特点：与平面镜相比，它的反射率高，几乎可达100%.
(4)作用：改变光路
1.全反射棱镜
(5)应用：全反射棱镜的应用
璀璨夺目的钻石
自行车尾灯
双筒望远镜
潜望镜
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？
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。
(1)构造：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有几微米到一百微米，如图所示，它是由内芯和外套两层组成的，内芯的折射率大于外套的折射率.
(2)原理：利用全反射原理
(3)应用：作为载体，传递信息
①内窥镜：检查人体胃、肠、气管等脏器的内部
②光纤通信：传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强
2.光导纤维
“做一做”—水流导光
现在，你能解释水流导光的原理了吗？
光导纤维在医学上的应用
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1
图2
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。
我国光纤通信发展
导练
5.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的全反射玻璃棱镜.下列选项给出了两棱镜的四种放置方式的示意图.其中能产生图中效果的是
√
四个选项的光路图如图所示：
可知B项正确.
6.如图所示，AB为一直光导纤维，A、B之间距离为s，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射，由A点传输到B点所用时间为t，求光导纤维所用材料的折射率n.(已知光在真空中的传播速度为c)
设光导纤维所用材料的折射率为n，恰好发生全反射，则有
全反射
目标一：全反射
1.光疏介质和光密介质
2.全反射现象
目标二：全反射的应用
1.全反射棱镜
2.光导纤维
相对性
临界角：
全反射发生的条件
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)

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