教科版高中物理选修3-4课件：4.3 光的全反射.ppt

1、4.3 光的全反射 夏天，在我国山东蓬莱的海面上曾多次出现一种夏天，在我国山东蓬莱的海面上曾多次出现一种 奇特景象，站在海滨极目远眺，可以看到远山、奇特景象，站在海滨极目远眺，可以看到远山、 船舶、楼阁等各种景象出现在空中船舶、楼阁等各种景象出现在空中. .什么原因呢？什么原因呢？ 问题 全反射现象 活动一 问题1什么是光密介质质和光疏介质质？ 1) 光疏介质: 两种媒质中折射率较小的介质叫做光疏介质. 2) 光密介质: 两种媒质中折射率较大的介质叫做光密介质. 思考:n水1.33 n玻璃1.5-1.9 n金刚石2.42 比较水和玻璃,判断谁是光密介质?比较玻璃和金刚石, 谁是光密介质? 不同

2、介质的折射率不同，我们把折射率较小的介质称为光不同介质的折射率不同，我们把折射率较小的介质称为光 疏介质，折射率较大的介质称为光密介质疏介质，折射率较大的介质称为光密介质光疏介质与光 密介质的界定是以折射率为依据的,与介质的其它属性(如 密度等)无关 。光疏介质与光密介质是相对的。 光由光疏介质进入光密介质（如从空气射向水）时，折射光由光疏介质进入光密介质（如从空气射向水）时，折射 角小于入射角；光由光密介质进入光疏介质时（如从玻璃角小于入射角；光由光密介质进入光疏介质时（如从玻璃 射向空气）时射向空气）时 ，折射角大于入射角。，折射角大于入射角。 介质空气水金刚石 折射率1.000281.3

3、32.42 既然光由光密介质射入光疏介质时，折射角 大于入射角，由此可以预料，当入射角增大到 一定程度时，折射角就会增大到90 1 2 介质 N N A O B 空气 1 2 介质 N N A O B 空气 折射角2 为90时，会发生什么情况？ 问题2 什么是全反射现现象？ 1 1、随着入射角的增大，反射、随着入射角的增大，反射 角和折射角如何变化？角和折射角如何变化？ 2 2、随着、随着 入射角的增大，反射入射角的增大，反射 光线和折射光线的亮度如何光线和折射光线的亮度如何 变化？变化？ 3 3、当折射角增大到、当折射角增大到9090度时，度时， 情况又如何？情况又如何？ 请同学们以小组为单

4、位，利用提供的器材（半圆形玻璃请同学们以小组为单位，利用提供的器材（半圆形玻璃 砖、激光手电）动手做实验，注意观察实验中出现的现砖、激光手电）动手做实验，注意观察实验中出现的现 象，然后根据实验中出现的现象回答问题，总结规律。象，然后根据实验中出现的现象回答问题，总结规律。 实验实验1 1：一束激光从空气沿半径方向，射向半圆：一束激光从空气沿半径方向，射向半圆 形玻璃砖的半圆面，如左下图所示。形玻璃砖的半圆面，如左下图所示。 全反射的概念：全反射的概念： 当入射角增大到某一角度，使折射角当入射角增大到某一角度，使折射角 达到达到9090时，折射光完全消失，只剩下时，折射光完全消失，只剩下 反射

5、光，这种现象叫做反射光，这种现象叫做全反射全反射。此时。此时 对应的入射角称之为对应的入射角称之为临界角临界角。 请同学们根据折射率、临界角的概念及请同学们根据折射率、临界角的概念及 折射定律推导公式：折射定律推导公式： 不同的介质，由于折射率不同，对空气的临界角不一样不同的介质，由于折射率不同，对空气的临界角不一样 。我们研究的临界角是：折射率为。我们研究的临界角是：折射率为n n 的某种介质在空气的某种介质在空气 （或真空（或真空 ）中发生全反射使得时的临界角）中发生全反射使得时的临界角C C 根据折射率的定义，则有：根据折射率的定义，则有： 全反射条件 活动二 1 1、随着入射角的增大，

6、反射、随着入射角的增大，反射 角和折射角如何变化？角和折射角如何变化？ 2 2、光由光疏介质进入光密介、光由光疏介质进入光密介 质时会产生全反射现象吗？质时会产生全反射现象吗？ 3 3、你能总结一下产生全反射、你能总结一下产生全反射 的条件吗？的条件吗？ 请同学们以小组为单位，再次完成实验请同学们以小组为单位，再次完成实验2 2，观察实验中，观察实验中 出现的现象，将其与实验出现的现象，将其与实验1 1进行比较，进而回答问题。进行比较，进而回答问题。 实验实验2 2：让激光束从空气直接射向半圆形玻璃砖：让激光束从空气直接射向半圆形玻璃砖 的圆心的圆心O O，如图所示。，如图所示。 O O 发生

7、全反射的条件：发生全反射的条件： 1 1、光从光密介质射向光疏介质；、光从光密介质射向光疏介质； 2 2、入射角大于或等于临界角。、入射角大于或等于临界角。 问题1全反射条件是什么？ 全反射全反射 1 1、光密介质和光疏介质、光密介质和光疏介质 2 2、全反射、全反射 全反射定义。全反射定义。 临界角：临界角： 发生全反射的条件：发生全反射的条件： a a光由光密介质射向光疏介质光由光密介质射向光疏介质 b b入射角大于或等于临界角入射角大于或等于临界角 整合归纳整合归纳 鱼鱼眼里的世界眼里的世界 在水中的鱼看来，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 ，为什么？ C

8、 最大视角2 问题2 海边、沙漠蜃景的成因 问题3 自然界中存在哪些全反射现现象？ 水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮，为水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮，为 什么呢？什么呢？ 生活中有很多跟光有关的有趣的自然现象，观生活中有很多跟光有关的有趣的自然现象，观 察下列图片，思考一下其中蕴含的物理道理。察下列图片，思考一下其中蕴含的物理道理。 全反射的应用 活动三 问题1 全反射现现象在生产产生活中有哪些 应应用呢？ 光导光导纤维纤维 光导纤维的用途很大，医学上将其制成内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窥镜，用来检查人体内脏的内部 内窥镜的结构内窥镜的结构 光导纤维

9、在医学上的光导纤维在医学上的 应用应用 A A、原理：利用全反射原理（思考光原理：利用全反射原理（思考光 纤内外层折射率的差别）纤内外层折射率的差别） B B、作用：传输光、图象或者其他信作用：传输光、图象或者其他信 息息 CC、优越性：优越性：光纤通信的主要优点光纤通信的主要优点 是容量大、衰减小、抗干扰性强是容量大、衰减小、抗干扰性强 D D、应用：光纤通信，医学及工业内应用：光纤通信，医学及工业内 窥镜，饰品等窥镜，饰品等 内层折射率大于外层折射率 光导纤维的工作条件 透明玻璃棒的折射率n，从一端以入射角i入射，光在棒内侧恰 好发生全反射。 由图可知： i C r 由折射定律： 只要ia

10、rcsin ,光将全部从右侧射出。 若上述直纤维棒长L，从另一端射出所需最长时间多少？ A D C B 分析：所需时间最长，则路程最 长，即入射光线AB最长。 入射角为临界角C即发生全反射 ，光才能全部从另一端射出。 （多次全反射和一次全反射计算 结果同,只不过分成若干段) 解：设一次全反射时路程S=2AB=20.5L/SinC=nL. 光在纤维中的速度v=c/n 最长时间t=S/V=n2L/C 全反射棱镜：全反射棱镜：（截面为等腰直角三角形的棱镜）（截面为等腰直角三角形的棱镜） 45 45 45 45 45 45 A A、原理：利用全反射原理原理：利用全反射原理 B B、作用：改变光路作用：改变光路 CC、优越性：反光率高优越性：反光率高, ,接近达到接近达到100%100%，成，成 像失真小像失真小. . D D、应用：精密昂贵的光学仪器中，比方说应用：精密昂贵的光学仪器中，比方说 显微镜，单反相机，潜望镜，望远镜显微镜，单反相机，潜望镜，望远镜 小结 问题1什么是光密介质质和光疏介质质？ 问题2什么是全反射现现象？ 问题3全反射条件是什么？ 问题4全反射有哪些应应用？