4.2全反射 课件 -2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册(共27张PPT)

(共27张PPT)
2 全 反 射
第四章 光
装空气
装水
思考：为什么装有空气的试管看上去更亮
课堂引入
一、光密介质和光疏介质
1.光密介质：折射率较大的介质。
2.光疏介质：折射率较小的介质。
（1）光疏介质和光密介质是相对的
（2）“疏”、“密”不是指密度
注意：
物质 折射率
水 1.33
酒精 1.36
玻璃 1.50
密度
1 g/cm3
0.97 g/cm3
2.5 g/cm3
酒精是光密介质
酒精是光疏介质
光由光疏介质射入光密介质折射角小于入射角
空气
玻璃
光由光密介质射入光疏介质折射角大于入射角
折射率n
既然光由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角。可以预料，当入射角增大到一定程度，但还没有达到900时，折射角就会增大到900。如果入射角再增大，会出现什么现象？
思考与讨论
空气
玻璃
O
折射率n
O
实验探究：观察全反射现象
如图，让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直边上，观察平直边与空气界面发生的实验现象。
逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化。
实验现象及结论
当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射，如果入射角逐渐增大，折射光离法线越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强。
当入射角增大到某一角度，使折射角达到900时，折射光完全消失，只剩下反射光。
1.定义：当光从光密介质射入光疏介质，入射角增大到某一角度,使折射角达到900时,折射光完全消失,只剩下反射光,这种现象叫做全反射。
二、全反射
2.临界角：刚好发生全反射，即折射角等于900时的入射角叫做临界角. 用字母C 表示。
3.全反射的条件：
（1）光从光密介质射入光疏介质
（2）入射角θ1 ≥临界角C
θ1
θ3
光密介质
N
N'
O
C
由于不同介质的折射率不同，在光从介质射入空气（真空）时，发生全反射的临界角是不一样的。怎样计算光从折射率为 n 的某种介质射入空气（真空）发生全反射时的临界角 C ？
思考与拓展
计算时可以先考虑图的情形——光以接近 90°的入射角从空气射入介质，求出这时的折射角。根据光路可逆的道理，也就知道光从介质射入空气时发生全反射的临界角了。
临界角C的大小由折射率可得：
临界角的正弦值：
介质 水 玻璃 金刚石
折射率n 1.33 1.5~1.9 n＝2.42
临界角C 48.8 ° 32 °~ 42 ° 24.4 °
不同介质的临界角
二、全反射
折射率越大，临界角C越小，即越容易发生全反射！
水中和玻璃中的气泡，看起来特别明亮，是因为光从水或玻璃射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射。
生活中的全反射现象
装空气
装水
思考：为什么装有空气的试管看上去更亮
课堂引入
全反射棱镜：玻璃棱镜的截面为等腰直角三角形，当光从图中所示的方向射入玻璃时，由于光的方向与玻璃面垂直，光线不发生偏折。但在玻璃内部，光射向玻璃与空气的界面时，入射角大于临界角，发生全反射。
与平面镜相比，它的反射率高，几乎可达 100%。这种棱镜在光学仪器中可用来改变光的方向。
三、全反射棱镜
当光线由AB面垂直入射时：
横截面是等腰直角三角形的棱镜
当光线由AC面垂直入射时：
变化90 °
变化180 °
A
B
C
C
B
A
在AC面发生全反射，垂直由BC面出射．
在AB、 BC面发生两次全反射，垂直由AC面出射．
三、全反射棱镜
全反射棱镜的应用
1966 年，33 岁的华裔科学家高锟提出：光通过直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来传输大量信息。高锟因此获得 2009 年诺贝尔物理学奖。根据这一理论制造的光导纤维（optical fiber）已经普遍应用到通信领域。这其中就用到了全反射原理。
高锟（1933-2018）
四、光导纤维
如图,激光笔发出的光射入一根弯曲的有机玻璃棒的一端，观察光传播的路径有什么特点。
四、光导纤维
当光在有机玻璃棒内传播时，如果从有机玻璃射向空气的入射角大于临界角，光会发生全反射，于是光在有机玻璃棒内沿着锯齿形路线传播。这就是光导纤维导光的原理。
实用光导纤维的直径只有几微米到一百微米。因为很细，一定程度上可以弯折。它由内芯和外套两层组成，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。
内芯的折射率比外套的大!
四、光导纤维
如果把光导纤维聚集成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图像就可以从一端传到另一端（图 1）。 医学上用这种光纤制成内窥镜（图 2）用来检查人体胃、肠、气管等脏器的内部。 实际的内窥镜装有两组光纤，一组把光传送到人体内部进行照明，另一组把体内的图像传出供医生观察。
图2
图1
光导纤维的应用
医学上将其制成内窥镜，用来检查人体内脏的内部
内窥镜
光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强。
光纤通信
光纤
一路光纤的传输能力理论值为二十亿路电话，一千万路电视。虽然光纤通信的发展历史只有20多年的，但是发展的速度是惊人的。
光导纤维的应用
做一做:水流导光
将塑料瓶下侧开一个小孔，瓶中灌入清水，水就从小孔流出。用激光水平射向塑料瓶小孔（图激光可由激光笔产生），观察光的传播路径。
水流导光
原理：和光导纤维（光纤）是一个原理，光在从一种介质到另一种介质中的时候会发生反射和折射，使得光在介质内部多次反射最终从另一个方向投射出来。
光导纤维的应用
视频
：水流导光
光导纤维的应用
光疏光密
全反射
应用
折射率较小的介质称为光疏介质；
折射率较大的介质称为光密介质。
全反射发生的条件:① 光从光密介质进入光疏介质;
②入射角等于或大于临界角.
全反射棱镜、光导纤维
全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，入射角逐渐增大到某一角度，光线全部被反射回原光密介质的现象。
课堂小结
课后思考1：
在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，为什么？这个圆锥的顶角是多大
海市蜃景和沙漠蜃景有区别吗？
课后思考2：
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，将发生偏折.
1.上现蜃景——海市蜃楼
2.下现蜃景——沙漠蜃景
在沙漠里，白天沙石被太阳晒得灼热，接近沙层的气温升高极快。由于空气不善于传热，所以在无风的时候，空气上下层间的热量交换极小，遂使下热上冷的气温垂直差异非常显著，并导致下层空气密度反而比上层小的反常现象.
再见