《全反射教學(xué)用》PPT課件.ppt

生活中有很多跟光有關(guān)的有趣的自然現(xiàn)象 海市蜃樓視頻 水或玻璃中的氣泡特別亮炎熱的夏天的柏油馬路 看到路面特別明亮 為什么露珠這么亮 4 3光的全反射 物理選修3 4 一 光疏介質(zhì)與光密介質(zhì) 光疏介質(zhì) 折射率較小的介質(zhì)叫光疏介質(zhì) 光密介質(zhì) 折射率較大的介質(zhì)叫光密介質(zhì) 全反射 請(qǐng)問(wèn) 酒精是光密介質(zhì)還是光疏介質(zhì) 注 光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)是相對(duì)的 同一種光在光疏介質(zhì)中傳播速度較大 在光密媒質(zhì)中傳播速度較小 光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)的界定是以折射率為依據(jù)的 與介質(zhì)的其它屬性 如密度等 無(wú)關(guān) 如水和酒精 例1 下列說(shuō)法正確的是 A 因?yàn)樗拿芏却笥诰凭拿芏?所以水是光密介質(zhì)B 因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎?所以水對(duì)酒精來(lái)說(shuō)是光疏介質(zhì)C 同一束光 在光密介質(zhì)中的傳播速度較大D 同一束光 在光密介質(zhì)中的傳播速度較小 BD 思考 當(dāng)光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)的時(shí)候 當(dāng)入射角增大到一定的程度的時(shí)候 折射角就等于900 如果再增大入射角情況會(huì)怎么樣呢 演示實(shí)驗(yàn) 著重觀(guān)察 先后發(fā)生了什么現(xiàn)象和光線(xiàn)的亮暗比較 實(shí)驗(yàn) 猜想1 會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象 猜想2 如果增大入射角 又會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象 玻璃全反射視頻 實(shí)驗(yàn) 猜想1 會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象 猜想2 如果增大入射角 又會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象 玻璃全反射視頻 實(shí)驗(yàn) 猜想1 會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象 猜想2 如果增大入射角 又會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象 玻璃全反射視頻 演示實(shí)驗(yàn) 1 光在兩種介質(zhì)分界面的時(shí)候可能同時(shí)發(fā)生反射和折射現(xiàn)象 2 入射光線(xiàn)最亮 反射和折射亮度在變化 能量 3 當(dāng)入射角增大到一定程度的時(shí)候 折射光線(xiàn)消失 入射光線(xiàn)全部反射回介質(zhì) 光由一種介質(zhì)射到另一介質(zhì)時(shí) 光線(xiàn)不發(fā)生折射 而全部返回到原介質(zhì)中繼續(xù)傳播的現(xiàn)象叫全反射現(xiàn)象 思考 是否只有從玻璃射到空氣界面時(shí)才能發(fā)生全反射呢 全反射現(xiàn)象 從以上實(shí)驗(yàn)中 我們可以得到什么結(jié)論呢 在什么情況下發(fā)生了全反射 1光從玻璃 或水 入射到空氣中2入射角要大于或等于某個(gè)值 1 全反射 光線(xiàn)從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)時(shí) 當(dāng)入射角增大到某一角度 折射角達(dá)到90 折射光線(xiàn)完全消失的現(xiàn)象 二 全反射的條件 說(shuō)明 1 能量分配 E入 E反 E折 3 入射角大于或等于某一臨界值 折射角為90 時(shí)才能發(fā)生上述現(xiàn)象 2 現(xiàn)象發(fā)生在光密介質(zhì)到光疏介質(zhì) 如果光從光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)不能發(fā)生上述現(xiàn)象 2 臨界角 光從光密介質(zhì)射到光疏介質(zhì)時(shí) 折射角變成90 時(shí)的入射角叫臨界角 用字母C表示 3 發(fā)生全反射的條件 入射角等于或大于臨界角 光線(xiàn)從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì) 四 臨界角 光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí) 折射角變成90度時(shí)的入射角 用C表示 四 臨界角 C 四 臨界角 1 我們把光從某種介質(zhì)射向真空或空氣時(shí)使折射角變?yōu)?0 時(shí)的入射角 稱(chēng)作這種介質(zhì)的臨界角 2 公式 注意此公式只適用于從某種介質(zhì)射向真空或空氣 其中n為介質(zhì)的折射率 臨界角的計(jì)算 當(dāng)光線(xiàn)從介質(zhì)進(jìn)入真空或空氣時(shí) 由于臨界角C是折射角等于90 時(shí)的入射角 根據(jù)光路可逆性和折射定律 因而 或 例1 光由折射率分別為n1 1 33的水和n2 的玻璃射向空氣時(shí)的臨界角各是多大 解析 由臨界角公式sinC 可得水的臨界角C1 玻璃的臨界角C2 例2 光在某種介質(zhì)中的傳播 介質(zhì)的折射率為2 若要使光從此介質(zhì)射向真空時(shí)發(fā)生全反射 則入射角不可能的值是 150B 300C 450D 600 A 例3某介質(zhì)的折射率為 一束光從介質(zhì)射向空氣 入射角為60 如圖1所示的哪個(gè)光路圖是正確的 D 例4 如圖2所示 一束光線(xiàn)從空氣射入某介質(zhì) 入射光線(xiàn)與反射光線(xiàn)夾角為90 折射光線(xiàn)與入射光線(xiàn)延長(zhǎng)線(xiàn)間夾角為15 求 1 該介質(zhì)的折射率 2 光在該介質(zhì)中傳播的速度 3 當(dāng)光從介質(zhì)射入空氣時(shí)的臨界角 例5 劣質(zhì)的玻璃中往往含有氣泡 這些空氣泡看上去比較亮 對(duì)這一現(xiàn)象有下列不同的解釋 其中正確的是 A空氣泡對(duì)光線(xiàn)有聚集作用 因而較亮 B 空氣泡對(duì)光線(xiàn)有發(fā)散作用 因而較亮 C 從空氣泡到達(dá)玻璃的界面處的光一部分發(fā)生全反射 因而較亮 D 從玻璃到達(dá)空氣泡的界面處的光一部分發(fā)生全反射 因而較亮 D 水中或玻璃中的氣泡看起來(lái)特別明亮 原因是 光從水或玻璃射向氣泡時(shí) 一部分光在分界面上發(fā)生了全反射 例6 如圖所示 介質(zhì) 為空氣 介質(zhì) 的折射率為 下列說(shuō)法中正確的是 A 光線(xiàn)a b都不能發(fā)生全反射B 光線(xiàn)a b都能發(fā)生全反射C 光線(xiàn)a發(fā)生全反射 光線(xiàn)b不發(fā)生全反射D 光線(xiàn)a不發(fā)生全反射 光線(xiàn)b發(fā)生全反射 C 例7 在水中的魚(yú)看來(lái) 水面上和岸上的所有景物 都出現(xiàn)在頂角約為97 6 的倒立圓錐里 為什么 你能想象一下 從水里看到的水面上景物是什么樣的嗎 所有水面上的景物在什么范圍內(nèi) 在倒立圓錐里 練習(xí)題1 水的折射率為n 距水面深度為h處有一點(diǎn)光源 岸上的人看見(jiàn)水面被點(diǎn)光源照亮的圓形區(qū)域的直徑多大 h 設(shè)臨界角為C 有 即 故圓形區(qū)域的直徑為 2 已知水的折射率為 在水面下放一個(gè)強(qiáng)點(diǎn)光源S 則可在水面上看到一個(gè)圓形透光面 如果這個(gè)透光面的直徑D為4m 求光源離水面的距離H 解析 在水面上看到的圓形透光面 是水面下點(diǎn)光源發(fā)出的光穿過(guò)水面進(jìn)入空氣而形成的 如果水中點(diǎn)光源發(fā)出的光射向水面時(shí) 入射角大于等于臨界角 這些光線(xiàn)將發(fā)生全反射 則光不能穿過(guò)水面 如圖19 3 4所示 點(diǎn)光源S發(fā)出的光線(xiàn)SA SB到達(dá)水面時(shí) 恰好發(fā)生全反射 C是臨界角 在A(yíng)B區(qū)域內(nèi)有光射入空氣 由幾何關(guān)系可知 而 所以 3如圖 n 1 52 求視野角度 書(shū)53頁(yè)第5題 分析知最大折射角 求最大入射角 要使外界1800范圍景物全部被觀(guān)察到 應(yīng)嵌入折射率多大的玻磚 2 103 12 n 1 94 4 在圖中 ABC是一塊玻璃直角三棱鏡的主截面 折射率n 1 5 當(dāng)一束光垂直于BC面射到棱鏡上時(shí) 畫(huà)出在各個(gè)面上反射 折射的光路圖 1 光線(xiàn)垂直BC射入 部分原路返回 部分方向不變射到AC上 2 入射角為i 300 arcsin2 3發(fā)生反射和折射 600 發(fā)生全反射 5 2010 新課標(biāo)全國(guó)卷 如圖所示 一個(gè)三棱鏡的截面為等腰直角 ABC A為直角 此截面所在平面內(nèi)的光線(xiàn)沿平行于BC邊的方向射到AB邊 進(jìn)入棱鏡后直接射到AC邊上 并剛好能發(fā)生全反射 該棱鏡材料的折射率為 填入正確選項(xiàng)前的字母 五 全反射的應(yīng)用實(shí)例 1 光導(dǎo)纖維 光導(dǎo)纖維視頻 光導(dǎo)纖維內(nèi)芯的折射率大于外層的折射率 1 光導(dǎo)纖維 五 全反射的應(yīng)用實(shí)例 1 光導(dǎo)纖維 光纖通訊 四 全反射的應(yīng)用實(shí)例 光導(dǎo)纖維的用途非常廣泛 在醫(yī)學(xué)上可用光導(dǎo)纖維窺視人體內(nèi)部的情況 或把體內(nèi)的病變情況用光導(dǎo)纖維傳送出圖像 供醫(yī)生直接觀(guān)察或拍出照片以作進(jìn)一步的研究 如果把能量足夠大的激光通過(guò)光導(dǎo)纖維傳輸?shù)饺梭w內(nèi) 還可以用激光在體內(nèi)作外科手術(shù)或制止內(nèi)出血 如治療胃潰瘍病人的內(nèi)出血等 用激光和光導(dǎo)纖維進(jìn)行光纖通信 是光纖應(yīng)用的一個(gè)重要方面 已取得了重大的成就 光纖通信的優(yōu)點(diǎn)很多 第一 光纖的能量損耗低 第二 光纖是電介質(zhì) 絕緣性能好 不擔(dān)心被雷擊 并能抗電磁干擾 可在有較強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境中使用 第三 光纖體積小 質(zhì)量小 易彎曲 可組成各種光纜 便于敷設(shè)和維護(hù) 由于光纖通信有上述優(yōu)點(diǎn) 在短短的幾十年間已得到迅速發(fā)展 我國(guó)的北京 天津 南京 上海 武漢 廣州 沈陽(yáng) 哈爾濱等大城市間均有了光纖通信 并且通信的范圍還在迅速擴(kuò)大中 內(nèi)窺鏡的結(jié)構(gòu) 光導(dǎo)纖維在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 如一透明塑料棒的折射率為n 光線(xiàn)由棒的一端面射入 當(dāng)入射角i在一定范圍內(nèi)變化時(shí) 光將全部從另一端面射出 當(dāng)入射角i滿(mǎn)足什么條件時(shí) 光在棒的內(nèi)側(cè)面恰好發(fā)生全反射 由圖可知 光在左端面折射時(shí)的折射角r 由折射定律得 故有 所以只要 光將全部從右端面射出 若上述直纖維棒長(zhǎng)L 從另一端射出所需最長(zhǎng)時(shí)間多少 分析 所需時(shí)間最長(zhǎng) 則路程最長(zhǎng) 即入射光線(xiàn)AB最長(zhǎng) 入射角為臨界角C即發(fā)生全反射 光才能全部從另一端射出 多次全反射和一次全反射計(jì)算結(jié)果同 只不過(guò)分成若干段 解 設(shè)一次全反射時(shí)路程S 2AB 2 0 5L SinC nL 光在纖維中的速度v c n 最長(zhǎng)時(shí)間t S V n2L C 當(dāng)光線(xiàn)由AB面垂直入射時(shí) 橫截面是等腰直角三角形的棱鏡 當(dāng)光線(xiàn)由AC面垂直入射時(shí) 變化90 變化180 A B C C B A 在A(yíng)C面發(fā)生全反射 垂直由BC面出射 在A(yíng)B BC面發(fā)生兩次全反射 垂直由AC面出射 2 全反射棱鏡 五 全反射的應(yīng)用實(shí)例 當(dāng)光線(xiàn)由AB面垂直入射時(shí) 橫截面是等腰直角三角形的棱鏡 當(dāng)光線(xiàn)由AC面垂直入射時(shí) 變化90 變化180 A B C C B A 在A(yíng)C面發(fā)生全反射 垂直由BC面出射 在A(yíng)B BC面發(fā)生兩次全反射 垂直由AC面出射 2 全反射棱鏡 五 全反射的應(yīng)用實(shí)例 2 全反射棱鏡 五 全反射的應(yīng)用實(shí)例 在光學(xué)儀器里 常用全反射棱鏡來(lái)代替平面鏡 改變光的傳播方向 望遠(yuǎn)鏡為了提高倍數(shù) 鏡筒要很長(zhǎng) 通過(guò)使用全反射棱鏡能夠縮短鏡筒的長(zhǎng)度 2 全反射棱鏡 五 全反射的應(yīng)用實(shí)例 一般的平面鏡都是在玻璃的后面鍍銀 但是銀面容易脫落 因此對(duì)于精密的光學(xué)儀器 如照相機(jī) 望遠(yuǎn)鏡 顯微鏡等 就需要用全反射棱鏡代替平面鏡 與平面鏡相比 它的反射率高 幾乎可達(dá)100 2 全反射棱鏡 五 全反射的應(yīng)用實(shí)例 3 海市蜃樓 五 全反射的應(yīng)用實(shí)例 應(yīng)用3 海市蜃樓 中新網(wǎng)2004年3月16日電 北京時(shí)間10時(shí)30分 在北海道海域某海峽上空 觀(guān)測(cè)到了船懸于半空的海市蜃樓奇觀(guān) 5 蜃景 的解釋 所謂蜃景 不過(guò)是光在密度分布不均勻的空氣中傳播時(shí)所產(chǎn)生的全反射現(xiàn)象罷了 我們知道 在氣壓恒定時(shí) 空氣密度隨溫度的升高而減少 對(duì)光的折射率也隨之減少 現(xiàn)象一解釋 夏天 陽(yáng)光照到沙漠 使貼近底面的空氣比上層的空氣還要熱 因而折射率比上層的空氣要小 遠(yuǎn)處物體發(fā)出的光線(xiàn) 在射向地面時(shí) 進(jìn)入稀薄的熱氣層 不斷被折射 入射角逐漸增大 當(dāng)光線(xiàn)的入射角增大到臨界角時(shí) 就發(fā)生全反射現(xiàn)象 人們就會(huì)看到沙漠中遠(yuǎn)處景物倒立的像 現(xiàn)象二解釋 夏天 海面上空氣的溫度比空中低 空氣的折射率下層比上層大 我們可以粗略地把空氣看做是由許多水平的氣層組成的 各層的密度都不相同 遠(yuǎn)處的樓閣 船舶 山峰發(fā)出的光線(xiàn)射向空中 不斷被折射 越來(lái)越偏離法線(xiàn)方向 進(jìn)入熱氣層的入射角越來(lái)越增大 當(dāng)光線(xiàn)的入射角增大到臨界角時(shí) 就發(fā)生全反射現(xiàn)象 人們就會(huì)看到遠(yuǎn)方的景物懸在空中 現(xiàn)象解釋 夏天 海面上空氣的溫度比空中低 空氣的折射率下層比上層大 我們可以粗略地把空氣看做是由許多水平的氣層組成的 各層的密度都不相同 遠(yuǎn)處的樓閣 船舶 山峰發(fā)出的光線(xiàn)射向空中 不斷被折射 越來(lái)越偏離法線(xiàn)方向 進(jìn)入熱氣層的入射角越來(lái)越增大 當(dāng)光線(xiàn)的入射角增大到臨界角時(shí) 就發(fā)生全反射現(xiàn)象 人們就會(huì)看到遠(yuǎn)方的景物懸在空中 現(xiàn)象解釋 夏天 陽(yáng)光照到沙漠 使貼近底面的空氣比上層的空氣還要熱 因而折射率比上層的空氣要小 遠(yuǎn)處物體發(fā)出的光線(xiàn) 在射向地面時(shí) 進(jìn)入稀薄的熱氣層 不斷被折射 入射角逐漸增大 當(dāng)光線(xiàn)的入射角增大到臨界角時(shí) 就發(fā)生全反射現(xiàn)象 人們就會(huì)看