山东省专用2018_2019学年高中物理第十三章光第2节全反射讲义含解析新人教版选修3_4.pdf
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1、第 2 节全反射第 2 节全反射 1.光从光疏介质射入光密介质时,折射角小于入射 角;反之,折射角大于入射角。 2临界角:折射角为 90时的入射角。 3发生全反射的条件 : (1)光从光密介质射入光疏介 质;(2)入射角大于或等于临界角。 4光从介质射入空气(真空)时临界角与折射率的关 系:sin C 。 1 n 5全反射棱镜和光导纤维都利用了光的全反射。 一、光疏介质和光密介质 光疏介质光密介质 定义折射率较小的介质折射率较大的介质 传播速度光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小 折射特点 光从光疏介质射入光密介质时,折射角小于入射角 光从光密介质射入光疏介质时,折射角大于入射角
2、 二、全反射 1全反射及临界角 (1)全反射:光从光密介质射入光疏介质时,若入射角增大到某一角度,折射光线就会消 失,只剩下反射光线的现象。 (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。 2全反射的条件 要发生全反射,必须同时具备两个条件: (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。 3临界角与折射率的关系 光由介质射入空气(或真空)时,sin C (公式)。 1 n 三、全反射的应用 1全反射棱镜 (1)形状:截面为等腰直角三角形的棱镜。 (2)光学特性: 当光垂直于截面的直角边射入棱镜时,光在截面的斜边上发生全反射,光线垂直于另 一直角边
3、射出。 当光垂直于截面的斜边射入棱镜时,在两个直角边上各发生一次全反射,使光的传播 方向改变了 180。 2光导纤维及其应用 (1)原理:利用了光的全反射。 (2)构造:光导纤维是非常细的特制玻璃丝,由内芯和外层透明介质两层组成。内芯的折 射率比外层的大,光传播时在内芯与外层的界面上发生全反射。 (3)主要优点:容量大、能量损耗小、抗干扰能力强,保密性好等。 1自主思考判一判 (1)密度大的介质就是光密介质。() (2)两种介质相比较,折射率大的介质是光密介质。() (3)光密介质和光疏介质具有绝对性。() (4)光从密度大的介质射入密度小的介质时一定能发生全反射。() (5)光从水中射入空气
4、中时一定能发生全反射。() (6)光纤通信的主要优点是容量大。() 2合作探究议一议 (1)水是光密介质还是光疏介质? 提示:光密介质和光疏介质是相对的,与折射率大的比是光疏介质,如与水晶相比;与 折射率小的比是光密介质,如与空气相比。 (2)为什么水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮? 提示:水或玻璃中的气泡是光疏介质,光经过水或玻璃照射气泡时,一部分光会发生全 反射,相对于其他物体而言,有更多的光反射到人眼中,就好像光是由气泡发出的,因此人 眼感觉气泡特别明亮。 对全反射的理解 1.光疏介质和光密介质的理解 (1)对光路的影响:根据折射定律,光由光疏介质射入光密介质(例如由空气射入水)时, 折
5、射角小于入射角;光由光密介质射入光疏介质(例如由水射入空气)时,折射角大于入射角。 (2)光疏介质和光密介质的比较 光的传播速度折射率 光疏介质大小 光密介质小大 (3)相对性:光疏介质、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定谁是光疏介质或光密介质。 2全反射现象 (1)全反射的条件 光由光密介质射向光疏介质。 入射角大于或等于临界角。 (2)全反射遵循的规律:发生全反射时,光全部返回原介质,入射光与反射光遵循光的反 射定律,由于不存在折射光线,光的折射定律不再适用。 (3)从能量角度来理解全反射:当光从光密介质射入光疏介质时,随着入射角增
6、大,折射 角也增大。同时折射光线强度减弱,即折射光线能量减小,反射光线强度增强,能量增加, 当入射角达到临界角时,折射光线强度减弱到零,反射光的能量等于入射光的能量。 (4)临界角 定义:刚好发生全反射(即折射角为 90)时的入射角为全反射的临界角,用C表示。 表达式:光由折射率为n的介质射向真空或空气时,若刚好发生全反射,则折射角恰 好等于 90,n,即 sin C 。 sin 90 sin C 1 n 不同色光的临界角:不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时,频率越高的光的临 界角越小,越易发生全反射。 典例 多选如图所示,一束入射光AO从某种介质以入射角 射入空气,以O点为圆心,R1为半
7、径画圆C1, 与折射光线OB交于M点, 过M点向两介质的交界面作垂线,与入射光线AO的延长线交于N点, 以O点为圆心,ON为半径画另一个圆C2, 测得该圆的半径为R2,下列判断 正确的是 ( ) A该介质的折射率为R 2 R1 B若光由介质射入空气发生全反射,则临界角的正弦值为 sin CR 1 R2 C若过圆C1与界面的交点D作界面的垂线交圆C2于P点,则OP与法线所夹的锐角等于 全反射的临界角 D若入射光的强度保持不变,逐渐增大入射角,则折射光的强度将逐渐增加 审题指导 解答本题时应从以下三点进行分析: (1)依题意画出光路图,明确几何关系。 (2)熟练掌握折射定律和临界问题。 (3)利用
8、三角函数进行几何量的计算。 解析 由图可知, 介质的折射率n, 而 sin , sin sin sin OE R1 , 得n, A 正确;全反射的临界角 sin C , sin C, B 正确 ; 过D OE R2 R2 R1 1 n R1 R2 作DP, sinOPD, 故OPDC,因而 C 选项正确;当增大时,折 R1 R2 射光强度应减弱,D 错。 答案 ABC 解答全反射类问题的技巧 (1)光必须从光密介质射入光疏介质。 (2)入射角大于或等于临界角。 (3)利用好光路图中的临界光线,准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关 键,且在作光路图时比例与实际相符,这样更有利于问题的分析
9、。 1已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为 1.33、1.55、1.60 和 1.63,如果光 按以下几种方式传播,可能发生全反射的是( ) A从水晶射入玻璃 B从水射入二硫化碳 C从玻璃射入水中 D从水射入水晶 解析 : 选 C 发生全反射的条件之一是光从光密介质射入光疏介质, 光密介质折射率较大, 故只有 C 正确。 2在水底的潜水员看来,水面上方的所有景物只出现在顶角为 97的倒立圆锥里,这是 因为( ) A水面上远处的景物反射的阳光都因为全反射而不能进入水中 B水面上远处的景物反射的阳光折射进入水中,其中折射角不可能大于 48.5 C水面上方倒立圆锥之外的景物反射的阳光都因为全反
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