1光的全反射

ic
n2 n1
图1.4-6 光的全反射
讨论 1. 只有在光线从光密介质射向光疏介质，且入射角大 于临界角时，才会产生全反射现像。
2. 波动理论：隐失波
3. 海市蜃楼：大气密度不均匀、全反射现象
两种探究模式
• 问题——猜想——实验——论证； • 问题——理论探究（建立假说）——实验 验证。 • 实验归纳和实验验证都是科学发现的方法 • 在教学中运用各有其长，可根据具体内容， 学生特点等因素而选用。 • 例：光的全反射
三.全反射
在介质完全不吸收光能的情况下，反射光和折射光的 能量之和应等于入射光的能量。
由光密介质射向光疏介质，n2 < n1 ——内反射； 由光疏介质射向光密介质，n1 < n2 ——外反射。
n2 ic：为临界角 sin ic n1
当 i0 ic 不再有折射光线，入射 光的能量全部反射回第 一介质——全反射
• 教学有模， 但无定模， 贵在得模；
• 无模之模，乃为至模。
科学探究不是学习科学的简单程序，只有 将科学知识、方法和批判性的思考融合于其中
并与学生的生活联系在一起时，才有助于学生
理解科学和学习科学。
我们只有理解了科学究竟是什么，才能理解
什么是科学教育，正确开展科学课的教学，这
是一个不断提高的过程，让我们共同努力！
的全反射造成的结果。
(1) 是高质量传导光的玻璃纤维，信息高速 公路的“基石” (2)光纤光缆与普通电缆比较(见下页) (3)光导纤维的用途： 光纤除了可以用于退通讯外，还用于医疗 、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等许 多方面。
光 纤 光 缆 信息量大,每根光纤理论上可同时通 过10亿路电话 原料来源广(石英玻璃),节约有色金 属 质量小,每公里27 g,不怕腐蚀,铺设 方便 成本低,每公里1万元左右 性能好,抗电磁干扰保密性强,能防窃 听,不发生电辐射
海市蜃楼
普 通 电 缆 8管同轴电缆每 条通话1800路 资源较少
每公里1.6 t
每公里20万元
现代通信用光缆
光学纤维胃镜
用光导纤维做手术，不用开刀
现 代 通 信 用 光 缆
光 学 纤 维 胃 镜
用光导纤维 做手术，不 用开刀
Refraction
Total internal reflection
Total internal reflection
Total internal reflection
c
Total Internal Reflection just occurs. 全反射剛剛發生
c 為臨界角
1.如图为光在空气和水间传播时发生的情况， 图中入射线是______,反射线是_______,
法线是_______,入射角是______,空气与
光的全反射
王峰：光的全反射 （南师附中）
观察 （小水珠）
创设问题情景
演 示 （玻璃砖等）
说明全反射现象
学 生 活动
观察并猜想
全反射产生条件
活 动 探究玻璃泡的银镜现象
活 动 验证全反射产生条件
教学特点 简要评述
两个条件及 实验探究模式 能量变化特点
两种探究模式
• 问题——猜想——实验——论证； • 问题——理论探究（建立假说） ——实验验证。 • 实验归纳和实验验证都是科学发现的方法 • 在教学中运用各有其长，可根据具体内容， 学生特点等因素而选用。
水的分界面是_______,折射线是_______, 折射角是_____(均用字母表示).
2.光的反射现象与折射现象的比较
设疑:
光分别从水和玻璃斜射向空气中：①折射角和入射角的大 小有何关系？②逐渐增大入射角，折射角和入射角谁先达 到900 ？ ③再继续增大入射角会发生什么现象呢？ 猜想： 用多媒体模拟光的全反射过程并提出猜想： 1.折射角先达到900； 2.空气中的折射光线消失。
• 问题解决过程较为倾向于演绎的方法
刘炳升：光的全反射
观 气，当入射角不断增 大，将会怎样？
推测： 全反射
现象及其产生条 件
生活中的全反射 现象及其应用
扩展：
实验 检验： 全反射现象及其产生条件
教学特点 简要评述
两个条件及 理论探究模式 能量变化特点
sin i n sin r
• 2、折射率
• 光从真空射入某种介质发生折射的时候，入射角的正 弦sin i，与折射角的正弦sin r之比值n叫做这种介质的 折射率。
sin i n sin r
c n v
• 理论研究和实验研究都证明：某种介质的折射率n，等 于光在真空中的速度 c跟光在这种介质中的速度 v 之比。
案例：“光的全反射”的理论探究教学设 计
探究活动的两种过程
• 发现的过程：就是事物进行有目的的观察后， 得出相关的概念、原理或规律等。
• 解决问题的过程：就是综合运用各种概念、原 理或规律来解决一个较复杂问题的过程。
探索者
发现
概念 性质
规律 原理
解决
问 题
发现与解决问题的关系
• 发现的过程较为倾向于归纳的方法
• 由于光在介质中的传播速度总是小于光在真空中的传 播速度，所以任何介质的折射率n均大于1。
• 3、实验：测定玻璃的折射率
(二) 全反射
• 1、全反射现象 • 光的传播速度较小，折射率较大的介质称之为光密介 质；光的传播速度较大、折射率较小的介质称之为光 疏介质。 • 当光线从光密介质射入光疏介质时，且当入射角增大 到某一角度，使折射角达到90°时，折射光线就完全 消失，只剩下反射到光密介质的光线，这种现象叫光 的全反射。
• 由于光在介质中的传播速度总是小于光在真空中的传 播速度，所以任何介质的折射率n均大于1。
• 2、折射率
• 光从真空射入某种介质发生折射的时候，入射角的正 弦sin i，与折射角的正弦sin r之比值n叫做这种介质的 折射率。
sin i n sin r
c n v
• 理论研究和实验研究都证明：某种介质的折射率n，等 于光在真空中的速度 c跟光在这种介质中的速度 v 之比。
3.3光的全反射
一、教学目标 １、了解全反射现象 ２、知道全反射的条件：
光必须由水（玻璃）中射向空气、入 射角必须大于某一值。
而、内容与教学建议 光的全反射现象观察可以从光从水中进入空气 的折射实验自然过渡而来，介绍发生全反射的条件 以及临界角。了解全反射的应用和现象的解释上。 重点介绍发生全反射的条件 应用：全反射棱镜、光导纤维、、内窥镜 现象解释： （１）水下彩灯
电 缆
光 缆
光的全反射
• 概念： • 产生条件： 1、光线从光密介质射向光疏介质。 2、入射角大于临界角C。
光从介质射向空气时的临界角
1 C arcsin n
光在平面上的反射和折射
一.光在平面上的反射 同心光束经平面反射后仍然保持为同心光束,它只是改 变了光束前进的方向,所以它能生成物点的像——平面 镜是最简单的理想光学系统.
（２）活动卡４３页
n0 2θ0
B
θ0
φ
1
D C
n2
n1 d
θ1 A
图9-2 光纤导光示意图
2、功能材料——光导纤维(光纤)
1870年，英国科学家丁达尔做了一个有趣的实 验：让一股水流从玻璃容器的侧壁细口自由流出， 以一束细光束沿水平方向从开口处的正对面射入水 中。丁达尔发现，细光束不是穿出这股水流射向空 气，而是顺从地沿着水流弯弯曲曲地传播。这是光
• ⅱ 光纤光纤通常 用d = 5-60μm的 透明丝作芯料， 为光密介质；外 有涂层，为光疏 介质。只要满足 光线在其中全反 射，则可实现无 损传输。 • 光纤按折射率随r 分布特点可分为 均匀光纤和非均 匀光纤两种。其 中非均匀光纤具 有光程短，光能 损失小，光透过 率高等优点。
• 把大量光纤集成束，并成规则排列即形成传像束，它可把 图像从一端传递到另一端。目前生产的传像束可在每平方 厘米中集5万像素。 • 光纤具有抗干扰性强，容量大，频带宽，保密性好，省金 属等优点而广泛用于通讯、国防、医疗、自控领域。
• 2、临界角 • 折射角变成90°时的入射角叫临界角。 • 设介质的折射率为 n ，光在介质中的传播速度 为v，光在真空中的传播速度为大写C，光从介 质射入真空（或空气）时的临界角为小写 c ， 那么
sin 90 C n sin c v 1 v sin c n C
• 3.应用: (1)海市蜃楼 (2)光导纤维
可以不可以变换一种思路呢？
• 从光的反射和折射定律出发，讨论入射角逐渐增 大时可能发生的现象——理论探究。 • 汇报：两种情况。光疏——光密；光密——光疏， 有什么发现？提出全反射的假设。 • 实验验证， • 自然界中和实验中的奇异现象 • 用理论解释。 • 两种方案各有什么特点？
三、光的折射
• (一) 光的折射 • 1、折射定律 • 折射光线跟入射光线和法线在同一平面里，折 射光线跟入射光线分居法线的两侧，入射角的 正弦与折射角的正弦之比等于常数。
光全反射、光纤
• ⅰ光的全反射
• 由斯涅尔定律可知，当光线由光密进入光疏时，有θ2 > θ1，则当入射角增加至θC时，折射角为90°。 • θ1 > θC时，将无θ2，光将全部反射回光密介质，这种 现象叫全反射。θC称为临界角。 如图所示 • 由斯涅尔定律， n1.sinθC = n2.sin90° 则 θC = arcsin(n21) 例如，水的n1 = 1.33,空气的n2 = 1，则从水到空气的临 界角约为49° • 全反射有比一般反射更优越的性能，它几乎无能量的损失， 因此用途广泛。光纤就是其中的一种。
i2
M
A
n2
n1
i1
S S
利用折射定律
AS AS n2 cos i2 n1 cos i1