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1、3 光的全反射,第四章 光的折射,学习目标,1.知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念. 2.理解全反射的条件，能计算有关问题和解释相关现象. 3.了解光导纤维的工作原理和光导纤维在生产、生活中的应用.,内容索引,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习 预习新知 夯实基础,自主预习,一、全反射现象及条件 1.光密介质和光疏介质 (1)对于两种介质来说，光在其中传播速度较小的介质，即折射率 的介质叫 介质；光在其中传播速度较大的介质，即折射率较小的介质叫 介质. (2)光疏介质和光密介质是相对的. 2.全反射 (1)定义：光从 介质射到 介质的界面时，全部被反
2、射回原介质的现象.,较大,光密,光疏,光密,光疏,(2)全反射的条件 光需从 介质射至 介质的界面上. 入射角必须等于或 临界角. (3)临界角 定义：光从某种介质射向真空或空气时使折射角变为90时的 ，称作这种介质的临界角. 临界角C与折射率n的关系：sin C_.,光密,光疏,大于,入射角,二、全反射的应用光导纤维 1.光纤的工作原理：由于有机玻璃的折射率 空气的折射率，当光从有机玻璃棒的一端射入时，可以沿着有机玻璃棒的表面发生多次 ，从另一端射出. 2.光导纤维的构造：由两种折射率不同的玻璃制成，分内、外两层，内层玻璃的折射率比外层玻璃的折射率 .当光从一端进入光纤时，将会在两层玻璃的界
3、面上发生 . 3.光纤通信的优点是容量 、衰减 、抗干扰能力强、传输速率高. 4.应用：光纤通信；医学上的 .,大于,全反射,大,全反射,大,小,内窥镜,1.判断下列说法的正误. (1)入射角大于临界角就会发生全反射现象.( ) (2)光密介质是指密度大的介质.( ) (3)光在光导纤维中的传播速度小于光在真空中的光速c.( ),即学即用,答案,2.一束光从某介质进入真空，方向如图1所示，则该介质的折射率为_；逐渐增大入射角，光线将_(填“能”或“不能”)发生全反射；若使光发生全反射，应使光从_射入_，且入射角大于等于_.,答案,图1,能,介质,真空,45,重点探究,一、全反射,导学探究 当光
4、从水中射向与玻璃的交界面时，只要入射角足够大就会发生全反射，这种说法正确吗？为什么？,答案 不正确.要发生全反射必须是光从光密介质射向光疏介质.而水相对玻璃是光疏介质，所以不管入射角多大都不可能发生全反射.,答案,知识深化 发生全反射的条件 (1)光从光密介质射至光疏介质. (2)入射角大于或等于临界角. 以上两个条件缺一不可.,解析 由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sin C 得C45160，故在两介质的界面上会发生全反射，只有反射光线，没有折射光线，故选项D正确.,例1 某种介质对空气的折射率是 ，一束光从该介质射向空气，入射角是60，则下列光路图中正确的是(图中为空气，为介质),答
5、案,解析,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.,二、全反射的应用光导纤维,导学探究 如图2所示是光导纤维的结构示意图，其内芯和外套由两种光学性能不同的介质构成.构成内芯和外套的两种介质，哪个折射率大？为什么？,答案 内芯的折射率大.因为当内芯的折射率大于外套的折射率时，光在传播时能发生全反射，光线经过多次全反射后能从一端传到另一端.,答案,图2,例2 如图3所示，AB为光导纤维，A、B之间距离为s，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气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，
6、求光导纤维所用材料的折射率.(已知光在真空中的传播速度为c),答案,图3,解析,解析 设光导纤维所用材料的折射率为n，则有,注意挖掘题目中隐含条件，“恰好”“刚好”暗含的条件是入射角等于临界角.,三、全反射的定量计算,解决全反射问题的思路 (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)若光由介质进入空气(真空)时，则根据sin C 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、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.,例3 一厚度为h的大平板玻璃水平放置，其下表面贴有一半径
7、为r的圆形发光面.在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上.已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折射率.,答案,解析,解析 如图所示，从圆形发光面边缘的A点发出的一条光线射到玻璃上表面A点恰好发生全反射，,其中LRr,答案 45,例4 如图4所示，折射率n 的透明介质的横截面由等腰直角三角形AOC和圆心为O、半径为R的四分之一圆弧BC组成，一束单色光从M点以45入射角由真空射入透明介质中，已知M点与AB之间距离为 光在真空中的传播速度为c，求：,答案,解析,图4,(1)这种透明介质对于真空的临界角C；,答案 见解析图,
8、(2)通过计算，画出光在透明介质中传播的光路图；,答案,解析,由几何关系知，30，45. 因C，光在AC界面发生全反射，垂直AB射出介质，光路如图所示,由几何关系知，光在介质中传播的距离dRcos R,(3)单色光在透明介质中的传播时间(有光折射时，不考虑反射).,答案,解析,达标检测,1,2,3,4,1.(对全反射的理解)(多选)如图5所示，半圆形玻璃砖放在空气中，三条同一颜色、强度相同的光线，均由空气沿半圆半径方向射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置.下列说法正确的是,答案,解析,A.假若三条光线中只有一条在O点发生了全反射，那一定是aO光线 B.假若光线bO能发生全反射，那么光线cO一定能发
9、生全反射 C.假若光线bO能发生全反射，那么光线aO一定能发生全反射 D.假若光线aO恰能发生全反射，那么光线bO的反射光线比光线cO的反 射光线的亮度大,图5,1,2,3,4,解析 在玻璃砖直径界面，光线aO的入射角最大，光线cO的入射角最小，它们都是从光密介质射向光疏介质，都有发生全反射的可能.如果只有一条光线发生了全反射，那一定是aO光线，因为它的入射角最大，所以选项A对； 假若光线bO能发生全反射，说明它的入射角等于或大于临界角，光线aO的入射角更大，所以，光线aO一定能发生全反射，光线cO的入射角可能大于或等于临界角，也可能小于临界角，因此，光线cO不一定能发生全反射，所以选项B错，
10、C对； 假若光线aO恰能发生全反射，则光线bO和光线cO都不能发生全反射，但光线bO的入射角更接近于临界角，所以，光线bO的反射光线较光线cO的反射光线强，即光线bO的反射光线亮度较大，所以选项D对.,1,2,3,4,2.(全反射的应用光导纤维)如图6所示是两个城市间光缆中的一条光导纤维的一段，光缆总长为L，它的玻璃芯的折射率为n1，外层材料的折射率为n2.若光在空气中的传播速度近似为c，则对于光由它的一端射入经多次全反射后从另一端射出的过程，下列判断中正确的是,答案,解析,图6,1,2,3,4,1,2,3,4,答案,解析,3.(全反射的定量计算)用某种透明材料制成的一块柱体形棱镜的水平截面图
11、如图7所示，左侧ABOD为长方形，右侧DOF为以O为圆心的 圆.光线从真空以入射角160射到棱镜AB面，经折射后，光线到达BF面上的O点并恰好不从BF面射出. (1)画出光路图；,图7,答案 见解析图,解析 光路图如图所示,1,2,3,4,(2)求该棱镜的折射率n和光线在棱镜中传播的速度大小v(光在真空中的传播速度c3108 m/s).,答案,解析,1,2,3,4,由图可知，2C90,解析 设光线在AB面的折射角为2，折射光线与OD的夹角为C，,1,2,3,4,4.(全反射的定量计算)如图8所示，折射率n 半径为R的透明球体固定在水平地面上，O为球心，其底部P点有一点光源，过透明球体的顶点Q有一足够大的水平光屏.真空中光速为c，求： (1)光从P点到Q点的传播时间t；,答案,解析,图8,1,2,3,4,光屏上光照面是以Q为圆心，以QM为半径的圆，,(2)若不考虑光在透明球体中的反射影响，光屏上光照面积S的大小.,答案,解析,答案 3R2,光屏上光照面积Sr23R2,
