高中物理第十三章2全反射课件新人教版选修3_4

[先填空]
• 1．全反射及临界角的概念
• (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．
• 【提示】 能．如果光从光密介质进入光疏 介质，并且入射角大于等于红光的临界角，则七 种色光能在同一界面上同时发生全发射．
• 第2步结论——自我总结，素能培养
• 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．
• 【解析】 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．
• 【答案】 C
• 2.为了测定某种材料制成的长方体的折射率， 用一束光线从AB面以60°入射角射入长方体时光 线刚好不能从BC面射出，如图13-2-1所示， • 该材料的折射率是多少？
【解析】 如图所示，根据折射定律： n＝sinsin60r°① 由题意可知 sin C＝n1②
• (2)光疏介质和光密介质的比较
光疏介质 光密介质
光的传播速度 大 小
折射率 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 • ①光由光密介质射向光疏介质． • ②入射角大于或等于临界角．
自
• 2 全反射
解
主
题
学
技
习
巧
·
·
基 础
• [学习目标]
1.能正确区分光疏介质和光密介质．
2.
素 养
知 识
培
能正确理解全反射、临界角的概念． 3.能用全反射 优
的条件计算有关问题和解释相关现象． 4.知道光导
合 作
纤维的工作原理及在生产、生活中的应用．
探
究
·
课
重
时
难
作
疑
业
点
[先填空]
光疏介质
光密介质
[再思考]
• 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．
[后判断]
• 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．( × )
而 C＝90°－r③
由②③得 cos ，
代入④得 1－sin2r＝n1⑤
联立①和⑤解得 n＝ 27.
【答案】
7 2
• 学生分组探究二 全反射的应用问题分析 • 第1步探究——分层设问，破解疑难 • 1．全反射棱镜的应用原理是什么？ • 【提示】 全反射棱镜的应用原理是光的全 反射，必须要满足光发生全反射的条件．
• 某种材料的三棱镜截面如图13-2-6所示， ∠A＝90°，∠B＝60°，一束垂直于BC边的直 线光束从AB边上的某点入射，折射光线经过三棱 镜BC边反射后，从AC边垂直射出，已知真空中 的光速c＝3×108 m/s.求： • (1)三棱镜的折射率； • (2)光在棱镜中传播 • 的速度； • (3)要使光线在BC边上 • 发生全反射，则AB边上的入射角应如何变化？
定义 折射率__较_小___的介质
折射率__较_大___ 的介质
传播 速度
折射 特点
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
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
• 第3步巧练——精选习题，落实强化
• 1．(2014·连云港高二检测)华裔科学家高锟 获得2009年诺贝尔物理奖，他被誉为“光纤通讯 之父”．光纤通讯中信号传播的主要载体是光导 纤维，它的结构如图13-2-4所示，其内芯和外套 材料不同，光在内芯中传播．下列关于光导纤维 的说法中正确的是( )
• A．内芯的折射率比外套的大，光传播时在 内芯与外套的界面上发生全反射
面的光线可确定临界角．
(2)根据 sin C＝n1可计算折射率．
【解析】 根据全反射定律，圆形发光面边缘发出
的光线射到玻璃板上表面时入射角为临界角(如图所示)
设为 θ，且 sin θ＝n1.
根据几何关系得：sin θ＝
L h2＋L2
而 L＝R－r
联立以上各式，解得 n＝ 1＋R－h r2.
• B．内芯的折射率比外套的小，光传播时在 内芯与外套的界面上发生全反射
• C．波长越短的光在光纤中传播的速度越大 • D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大 • 【解析】 光纤内芯比外套折射率大，在内 芯与外套的界面上发生全反射，A对、B错；频率 大的光波长短，折射率大，在光纤中传播速度小，
• 2．如图13-2-5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，求光导 纤维所用材料的折射率n.
• 第3步例证——典例印证，思维深化
•
(2014·新课标Ⅱ)一厚度为h的大平板玻璃
水平放置，其下表面贴有一半径为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．
【思路点拨】 (1)由圆纸片恰好完全挡住圆形发光
【解析】 (1)由题意作出光路图，根据几何知识得 光线在 AB 面折射时的入射角 i＝60°，折射角 r＝30°， 则三棱镜的折射率为 n＝ssiinn ri＝ssiinn 6300° °＝ 3.
(2)光在棱镜中传播的速度为 v＝nc＝ 3×108 m/s.
【答案】
1＋R－h r2
• 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 作光路图时尽量与实际相符，这样更有利于问题 的分析．
• 第4步巧练——精选习题，落实强化 • 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
• 2．微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能 够弯曲而不至于断裂，光纤为什么要由两层介质 构成？
• 【提示】 光纤的工作原理是全反射，要由 两种介质配合才能产生全反射现象．
• 第2步例证——典例印证，思维深化
如图 13-2-2 所示，一根长为 l＝5.0 m 的光导纤维用 折射率 n＝ 2的材料制成．一束激光由其左端的中心点以 45°的入射角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右 端射出来，求：
(4)临界角 ①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． ②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＝ sisnin90C°，即 sin C＝n1. ③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．
【解析】 设介质的折射率为 n，则有 sin α＝sin C
＝n1①
n＝vc②
s
t＝sinv
α ＝
s
vsin
由以上三式解得
α③ t＝c·s 1
＝sn2， c
nn
所以 n＝ cst.
【答案】
ct s
• 解决光的折射、全反射问题的基本思路 • 1．问题界定： • (1)光照射到两种透明介质的界面时会发生反 射和折射现象，反射角与入射角的关系遵从光的 反射定律．
• (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．
• (2)折射角与入射角的关系遵从光的折射定 律．
• (3)如果满足光从光密介质射入光疏介质并且 入射角不小于临界角，则会发生全反射现象．
• 2．基本思路： • (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)如果光是从光密介质进入光疏介质要根据 入射角和临界角的关系判断是否发生全反射． • (3)画出正确的光路图． • (4)运用几何关系、三角函数关系、折射定律、 反射定律等知识进行求解．
sin θ1＝ n2－1. 由图 13-2-3 可知：(1)当 θ1 增大时，θ2 增大，而从 纤维射向空气中光线的入射角 θ 减小；(2)当 θ1＝90°时， 若 θ＝C，则所有进入纤维中的光线都能发生全反射，即 有 n＝ 2，以上是光从纤维射向真空时得到的折射率．(3) 由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率 大，因此光导纤维折射率要比 2大些．