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1、第 5 单元：全反射教学要求 :1 、全反射现象及其发生条件; 2、临界角的计算；3、全反射的应用。重点和难点 : 全反射现象及其发生条件。理科综合可考虑全反射的应用。教学用具 :水槽、光源等。教学过程 : 一、光疏媒质与光密媒质1 、定义 : 1) 、光疏媒质 :两种媒质中折射率较小的媒质叫做光疏媒质. 2) 、光密媒质 : 两种媒质中折射率较大的媒质叫做光密媒质. 因VCn, 对光疏媒质 ,n 较小 ,V 较大 . 对光密媒质 ,n 较大 ,V 较小 . 故也可以说 , 对于两种媒质 , 光在其中传播速度较大的是光疏媒质, 光在其中传播速度较小的是光密媒质.反过来说 , 同一种光在光疏媒质
2、中传播速度较大, 在光密媒质中传播速度较小. 即：VCn对光疏介质 n较小同一频率的光在其中传播的V较大；对光密介质 n较大同一频率的光在其中传播的V较小。2 、理解 : 1) 、光疏媒质光密媒质是相对而言的. 只有对给定的两种媒质才能谈光疏媒质与光密媒 质. 没有绝对的光密媒质. 如：水、玻璃和金刚石三种介质比较，n水1.33 n玻璃 1.51.9 n金刚石 2.42 。 对水而言，玻璃是光密介质；但对金刚石而言，玻璃则是光疏介质。 2) 、光疏媒质与光密媒质的界定是以折射率为依据的, 与媒质的其它属性( 如密度等 ) 无关. 例如： 水和酒精， n水1.33 n酒精1.36 ，酒精相对于水
3、而言是光密介质，但水酒。 二、全反射 : 1、全反射： 当光从光密媒质进入光疏媒质时, 折射角大于入射角. 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媒质中, 这种现象叫做全反射 . 2、临界角 : 1) 、定义 : 光从光密媒质射向光疏媒质时,折射角等于900时的入射角 , 叫做临界角 .用字 母 C表示 . 临界角是指光由光密媒质射向光疏媒质时, 发生全反射形象时的最小入射角, 是发 生全反射的临界状态. 当光由光密媒质射入光疏媒质时: 若入射角 iC, 则不发生全反射, 既有反射又有折射形象. 若入射角 i C,则发生全反射形象. 2
4、) 、临界角的计算: A、 任意两种媒质 :n密、 n疏: :n密对疏= 疏密 nnCosin90sin, 故临界角 C=)(sin1密疏 nn=arcsin( 密疏 nn). 其中 , :n密、 n疏分别为光密媒质和光疏媒质的绝对折射率. B、当光由某种媒质射入真空或空气时:nCCn1 sin90sinarcsin0. 3、发生全反射的条件: 1) 、光从光密媒质射向光疏媒质; 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 : 1、光导纤维光纤通讯： 一种利用光的全反射原理制成的能传导光的玻璃丝, 由 内芯和外套组成, 直径只有几微
5、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. 图 1如果把光导纤维聚集成束使其两端纤维排列的相对位置相同, 这样的纤维束就可以传送图像 , 如图 1 所示 . 利用光导纤维可以弯曲传光, 传像 , 可制作各种潜望镜, 医用内窥镜等 . 如图 2 所示， 一透明塑料棒的折射率为n, 光线由棒的 一端面射入，当入射角i在一定范围内变化时，光将全部从另一端面射出。当入射角为i时，光在棒的内侧面恰好发生全反射。由图可知，光在左端面
6、折射时的折射角r=C2. 由折射定律得：Ci rincossin sinsin。故有：CnCni2sin1cossin，图 211sin21 2nnin。所以只要1arcsin2ni，光将全部从右端面射出。再如图 3 所示，一个横截面为矩形、折射率为n=1.5 的 玻璃条被弯成900，一束平行光由A端面射入。若矩形边长为 d，则只要曲率半径R 2d，光均能从B端射出。 由图可知，只要a 光线能发生全反射，则所有从A端入射的光均能发生全反射：sini=dRRsinc=n1=5. 11. 图 3解得： R2d. 可见，光纤通迅中，只要光导纤维弯曲满足R1nd，则光导纤维可以足够细，楞弯成半圆及圆。
7、 1、 蜃景的成因和规律：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，将发生偏转。如图4 所示， 设一束从远处景物A发出的光线a 以入射角 I 由折射率为n 处射入空气层。由折射定律有： nsini=n1sinr1(1) n1sinr1=n2sinr2 .(2) 联立（ 1） 、 （2）式可得： nsini=n2sinr2依此类推： nsini=ncsinc, sinc= cnnsini. 可见，当 n i一定时，从下层空气进入上层 空气的入射角不断增大，当增大到由某两层空气 的折射率决定的临界角时，就会全反射。 人在 C处逆着 C光线看，可看到经全反射 形成的倒立虚像；在B处逆着 b光线看，也可 看到经折射形成的正立虚像。总之。若人在较高处，看到的蜃景是由折射 形成的正立虚像；若人在较低处，看到的蜃景是由折射和全反射形成的倒立虚像。作业： P195(1)(5) 基础训练第六节
