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1、 13 2全反射 思考题 如图所示 求此介质的折射率和这种介质中的光速 一 光疏介质和光密介质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 例1 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 BD 光从光疏介质射入光密介质时 入射角 折射角光从光密介质射入光疏介质时 入射角 折射角 随着入射角的增大会发生什么现象 二 全反射1 全反射现象 当光从光密介质进入光疏介质时 折
2、射角大于入射角 当入射角增大到某一角度时 折射角等于900 此时 折射光完全消失入射光全部反回原来的介质中 这种现象叫做全反射 2 对全反射的理解a 全反射是光的折射的特殊现象 全反射现象还可以从能量变化角度加以理解 当光线从光密介质射入光疏介质 在入射角逐渐增大的过程中 反射光的能量逐渐增强 折射光的能量逐渐减弱 当入射角等于临界角时 折射光的能量已经减弱为零 发生了全反射 b 发生全反射的条件 1 光线从光密介质射向光疏介质 2 入射角大于或等于临界角 c 全反射遵循的规律光由光密介质进入光疏介质发生全反射时 仍然遵守反射定律 有关计算仍依据反射定律进行 3 临界角a 临界角的定义 折射角
3、为90 时的入射角称为全反射临界角 简称临界角 用C表示 b 临界角C的表示式 由折射定律知 光由某介质射向真空 或空气 时 若刚好发生全反射 则 n 所以 sinC 即C 注意 a 光从光密介质射向光疏介质时 只要入射角大于或等于临界角C 一定会发生全反射现象 b 一般情况下 光由一种介质到达另一种介质时 光既有反射又有折射 即光的能量有一部分反射回原介质中 而另一部分则进入其他介质中 发生全反射时 光的能量全部反射回原介质中 例2 已知如图所示 介质2为空气 介质1的折射率为2 下列说法中正确的 A 光线a b都不能发生全反射 B 光线a b都能发生全反射 C 光线a发生全反射 光线b不发
4、生全反射 D 光线a不发生全反射 光线b发生全反射 C ABC 例4 如图2所示 一束光线从空气射入某介质 入射光线与反射光线夹角为90 折射光线与入射光线延长线间夹角为15 求 1 该介质的折射率 2 光在该介质中传播的速度 3 当光从介质射入空气时的临界角 解 根据题意入射光线与反射光线的夹角为90 又根据光的反射定律 反射角等于入射角 即 45 15 30 应用全反射解决实际问题的基本方法 1 确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质 2 若光由光密介质进入光疏介质时 则根据确定临界角 看是否发生全反射 3 根据题设条件 画出入射角等于临界角的 临界光路 4 运用几何关系
5、 三角函数关系 反射定律等进行判断推理 运算及变换进行动态分析或定量计算 小结 发生全反射的条件 1 光从光密介质射向光疏介质 2 入射角大于或等于临界角 即 i C 以上两个条件必须同时满足 缺一不可 三 全反射的应用 方向改变180 方向改变90 全反射棱镜 1 横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜 2 全反射棱镜对光线的控制作用 全反射棱镜的应用 在光学仪器里 常用全反射棱镜来代替平面镜 改变光的传播方向 反射率高 几乎可达100 利用非常广泛 例如望远镜 自行车尾灯等 望远镜为了提高倍数 镜筒要很长 通过使用全反射棱镜能够缩短镜筒的长度 光导纤维 光纤通讯 一种利用光的全反射原理制
6、成的能传导光的玻璃丝 由内芯和外套组成 直径只有几微米到100微米左右 内芯的折射率大于外套的折射率 当光线射到光导纤维的端面上时 光线就折射进入光导纤维内 经内芯与外套的界面发生多次全反射后 从光导纤维的另一端面射出 而不从外套散逸 故光能损耗极小 光导纤维由组成 二者的折射率不同 的折射率大 的折射率小 内芯和外套两部分 内芯 外套 例1 据报道 2008年北京奥运会时 光纤通信网覆盖了所有奥运场馆 为各项比赛提供了安全可靠的通信服务 光纤通信可利用光的全反射将大量信息高速传输 如图所示 一根长为L的直光导纤维 它的折射率为n 如果把该光纤放在空气中 要使从它的一个端面进入光纤的光发生全反
7、射 入射角应满足什么条件 用该角的正弦函数值表示 为简化问题 光纤外套忽略不计 例2 有人在河中游泳 头部露出水面 在某一位置当他低头向水中观察时 看到河底有一静止物体跟他眼睛正好在同一竖直线上 这个人再向前游12m 正好不能看见此物体 求河深 水的折射率为4 3 答案 10 6m 应用全反射解释自然现象 1 对 海市蜃楼 的解释由于空中大气的折射和全反射 会在空中出现 海市蜃楼 在海面平静的日子 站在海滨 有时可以看到远处的空中出现了高楼耸立 街道棋布 山峦重叠等景象 这种景象的出现是有原因的 当大气层比较平静时 空气的密度随温度的升高而减小 对光的折射率也随之减小 海面上空的空气温度比空中
8、低 空气的折射率下层比上层大 我们可以粗略地把空中的大气分成许多水平的空气层 下层的折射率较大 远处的景物发出的光线射向空中时 不断被折射 射向折射率较小的上一层的入射角越来越大 当光线的入射角大到临界角时 就会发生全反射现象 光线就会从高空的空气层中通过空气的折射逐渐返回折射率较低的下一层 在地面附近的观察者就可以观察到由空中射来的光线形成的虚像 这就是海市蜃楼的景象 2 对沙漠上 柏油路上的蜃景的解释在沙漠里也会看到蜃景 太阳照到沙地上 接近沙面的热空气层比上层空气的密度小 折射率也小 从远处物体射向地面的光线 进入折射率小的热空气层时被折射 入射角逐渐增大 也可能发生全反射 人们逆着反射光线看去 就会看到远处物体的倒景 仿佛是从水面反射出来的一样 沙漠里的行人常被这种景象所迷惑 以为前方有水源而奔向前去 但总是可望而不可即 在炎热夏天的柏油马路上 有时也能看到上述现象 贴近热路面附近的空气层同热沙面附近的空气层一样 比上层空气的折射率小 从远处物体射向路面的光线 也可能发生全反射 从远处看去 路面显得格外明亮光滑 就像用水淋过一样 3 水或玻璃中的气泡为何特别明亮 为什么水中的气泡 或者是玻璃中的气泡 看起来特别明亮 解释 光线在气泡的表面发生全反射的结果
