资源简介

(共40张PPT)
4.2 全反射
01
02
全反射棱镜
03
光导纤维
04
目录
典型例题
典型例题
全反射
新课引入
水中的气泡和叶子上的露珠看起来特别明亮，这又是为什么呢？
1、全反射
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。

光疏介质和光密介质的理解
折射角、入射角与介质
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。


O
空气
水
光疏介质
光密介质
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？


O
光疏介质
光密介质
空气
水
实验与观察
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
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：
玻璃
空气
临界角的正弦值：

思考与拓展
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 ？
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。
不同介质的临界角
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 °
教材例题
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？

设圆锥的顶角为α，则有α＝2C＝97.6°即圆锥的顶角为97.6°。

2、全反射棱镜
全反射棱镜
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。
全反射棱镜光路
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：
变化90 °
变化180 °
A
B
C
C
B
A
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．
双筒望远镜中的全反射棱镜
全反射棱镜的应用
自行车尾灯
全反射棱镜的应用
潜望镜
全反射棱镜的应用
3、光导纤维
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。
观察光在弯曲的有机玻璃棒中的传播路径
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。
光导纤维
光导纤维应用1——内窥镜
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
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。
内窥镜的结构
光导纤维在医学上的应用
光纤通信的主要优点：
容量大、衰减小、抗干扰性强。
光纤
光导纤维应用2——光纤通信
光也可以像无线电波那样，作为载体来传递信息。载有声音、图像以及各种数字信号的激光从光纤的一端输入，就可以传到千里以外的另一端，实现光纤通信。
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。
水流导光
做一做——水流导光
水流导光的原理
原理：和光导纤维（光纤）是一个原理，光在从一种介质到另一种介质中的时候会发生反射和折射，使得光在介质内部多次反射最终从另一个方向投射出来。
光纤装饰照明
问题与思考
思考1：水中的鱼看水面和岸上的景物，是一种什么体验呢？
水的折射率为1.33 所以C=48.80
则有圆锥顶角θ=2C=97.60
结论：水中的一切生物看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。
光的反射
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？
光的反射
思考3：海市蜃景和沙漠蜃景有区别吗？
夏天，在气压恒定的海面上，空气密度随高度增加而减小，对光的折射率也随之减小，从而形成一具有折射率梯度的空气层.当光线通过此空气层时，将发生偏折.
1.上现蜃景——海市蜃楼
2.下现蜃景——沙漠蜃景
在沙漠里，白天沙石被太阳晒得灼热，接近沙层的气温升高极快。由于空气不善于传热，所以在无风的时候，空气上下层间的热量交换极小，遂使下热上冷的气温垂直差异非常显著，并导致下层空气密度反而比上层小的反常现象.
4、典型例题
1、(多选)如图所示,ABCD是两面平行的透明玻璃砖,AB面和CD面是玻璃和空气的界面,分别设为界面Ⅰ和界面Ⅱ。光线从界面Ⅰ射入玻璃砖,再从界面Ⅱ射出回到空气中。如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角,则(　　)
A.只要入射角足够大,光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象
B.只要入射角足够大,光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象
C.不管入射角多大,光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象
D.不管入射角多大,光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象
CD
【答案】：C、D
【解析】：在界面Ⅰ光由空气进入玻璃砖,是由光疏介质进入光密介质,不管入射角多大,都不可能发生全反射现象,选项A错误,C正确。在界面Ⅱ光由玻璃进入空气,是由光密介质进入光疏介质,但由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行,光由界面Ⅰ进入玻璃后再到达界面Ⅱ,在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角,故界面Ⅱ上的入射角总是小于临界角,因此光在界面Ⅱ上不可能发生全反射现象,选项B错误,D正确。
2.如图所示,AB为一直光导纤维,AB之间距离为s,使一光脉冲信号从光导纤维中间入射,射入后在光导纤维内芯与外套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)
3.如图所示,AB为一直光导纤维,AB之间距离为s,使一光脉冲信号从光导纤维中间入射,射入后在光导纤维内芯与外套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)

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