4.2 全反射 课件 (共43张PPT)
文档属性
| 名称 | 4.2 全反射 课件 (共43张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 67.7MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-09-11 16:49:53 | ||
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文档简介
(共43张PPT)
第四章 光
第2节 全反射
课堂引入
水中的气泡和叶子上的露珠看起来特别明亮；炎热夏天，柏油路面有时看起来特别明亮,像水洗过的一样。这又是为什么呢？
1.光疏介质：折射率较小的介质（光在光疏介质中传播速度相对较大）。
2.光密介质：折射率较大的介质（光在光密介质中传播速度相对较小）。
一、光疏介质和光密介质
特别提醒：
光疏和光密是从介质的光学特性来说的,并不是它的密度大小。如,酒精的密度比水小,但酒精和水相比,酒精是光密介质。
3.光疏介质与光密介质是相对的
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断谁是光疏介质或光密介质。如，水、水晶和金刚石三种物质相比较，水晶对水来说是光密介质，对金刚石来说则是光疏介质。
4.光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的小n=。
一、光疏介质和光密介质
5.折射角与入射角：光由光疏介质射入光密介质，折射角小于入射角。光由光密介质射入光疏介质，折射角大于入射角。
O
空气
水
光疏介质
光密介质
思考：光由光密介质进入光疏介质时，如果入射角不断增大，使折射角增大到90 时，会出现什么现象？
O
光疏介质
光密介质
空气
水
一、光疏介质和光密介质
实验与观察
现象：随着入射角的逐渐增大的过程中，折射角逐渐增大 ；折射光线亮度逐渐减弱；反射角逐渐增大；反射光线亮度逐渐增强；当入射角增大到某一角度时，折射光线消失，所有光线全部反射。
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。
二、全反射
临界角：当光从光密介质射入光疏介质时，折射角等于900角时的入射角叫做临界角。用C表示。
玻璃
空气
发生全反射的条件
（1）光从光密介质射入光疏介质；
（2）入射角等于或大于临界角；
临界角C的大小由折射率可得：
临界角的正弦值：
二、全反射
玻璃
空气
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
二、全反射
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。
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 °
二、全反射
不同介质的临界角
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。
三、全反射棱镜
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。
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
双筒望远镜中的全反射棱镜
三、全反射棱镜
全反射棱镜的应用
三、全反射棱镜
自行车尾灯
全反射棱镜的应用
三、全反射棱镜
潜望镜
潜望镜
对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜等，就需要用全反射棱镜代替平面镜，以消除多余的像．
当然，如果在玻璃的前表面镀银，就不会产生多个像，一般的平面镜都是在玻璃的后面镀银， 但是银面容易脱落．因此对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜等，就需要用全反射棱镜代替平面镜．与平面镜相比,它的反射率高,几乎可达100%。
三、全反射棱镜
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。
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，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。
四、光导纤维
原理：利用全反射原理
四、光导纤维
结构：
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
四、光导纤维
医学上将其制成内窥镜，用来检查人体内脏的内部
四、光导纤维
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
四、光导纤维
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。
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
四、光导纤维
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。
视频
：水流导光
四、光导纤维
思考1：水中的鱼看水面和岸上的景物，是一种什么体验呢？
水的折射率为1.33 所以C=48.80
则有圆锥顶角θ=2C=97.60
五、学以致用
结论：水中的一切生物看水面上和岸上的所有景物，都出现在顶角约为97.6°的倒立圆锥里。
结论：光从水中射向空气时，一部分光在分界面上发生了全反射。
五、学以致用
思考2：草叶上露珠特别明亮，为什么？
五、学以致用
思考3：海市蜃景和沙漠蜃景有区别吗？
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.
课堂小结
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。
【典例1】（多选）下列说法正确的是（ ）
A．在水中的潜水员斜向上看岸边的物体时，看到的物体的像比物体所处的实际位置高
B．光纤通信是一种现代通信手段，它是利用光的全反射原理来传递信息的
C．在光的照射下，玻璃杯裂缝处看上去比周围明显亮，是由于光的全反射
D．海市蜃楼产生的原因是海面上方上层空气的折射率比下层空气的折射率大
典例分析
【正确答案】ABC
【典例2】（2022·四川省富顺县城关中学高二期中）一束由a、b两种单色光组成的复色光从水中射入空气中，并分成a、b两束，下列关于a、b两束单色光的说法正确的是（ ）
A．若水中入射光SA的入射角不断增大，则a光先发生全反射
B．a光的折射率比b光的折射大
C．在真空中a光的速度比b光大
D．在水中a光的传播速度比b光的大
【正确答案】D
典例分析
【正确答案】B
典例分析
典例分析
【典例4】（2022·福建三明·高二期中）如图所示，MN是空气与某种液体的分界面，一束红光由空气射到分界面，一部分光被折射，一部分光进入液体中。当入射角是450时，折射角为300，求：
（1）该液体对红光的折射率n；
（2）该液体对红光的全反射临界角C。
典例分析
典例分析
【典例5】（2022·浙江·高二阶段练习）(多选)如图所示，用透明材料制成一长方体光学器件，其侧面BD足够长，现有一光束从上表面射入，下列说法正确的是（ ）
A．入射角越大，光进入介质后在侧面越不容易发生全反射
B．要求从上表面射入的光能从右侧面射出，材料的折射率必须小于
C．若从上表面入射的光为红光和紫光的复合光，则在BD面上紫光比红光更靠近D端
D．要求从上表面射入的光能从右侧面射出，材料的折射率必须大于
【正确答案】ABC
典例分析
【典例6】（2022·福建省连城县第一中学高二阶段练习）有一玻璃棱镜，横截面为如图所示的圆心角为90°的扇形，扇形的半径为R，一束细光以垂直于OP的方向射向OP界面，当入射点M距O点0.5R时，在圆弧PQ界面上的折射角为45°。已知光在真空中的传播速度为c。
（1）求此种玻璃的折射率；
（2）若此入射光可以在OP方向上移动，是否存在
反射光垂直OQ方向从OQ界面射出的情况；如果有，请作出最简单的光路图，并求出此种情况下光在该玻璃棱镜中的传播时间。
典例分析
典例分析
【典例7】如图所示，平静湖面岸边的垂钓者，眼睛恰好位于岸边P点正上方0.9m的高度处，浮标Q离P点0.9m远，鱼饵灯M在浮标正前方1.8m处的水下，垂钓者发现鱼饵灯刚好被浮标挡住，已知鱼饵灯M离水面的深度为 。
（1）求水的折射率n；
（2）鱼饵灯缓慢竖直上浮，当它离水面多深时，
鱼饵灯发出的光恰好无法从水面P、Q间射出？
典例分析
典例分析
第四章 光
第2节 全反射
课堂引入
水中的气泡和叶子上的露珠看起来特别明亮；炎热夏天，柏油路面有时看起来特别明亮,像水洗过的一样。这又是为什么呢？
1.光疏介质：折射率较小的介质（光在光疏介质中传播速度相对较大）。
2.光密介质：折射率较大的介质（光在光密介质中传播速度相对较小）。
一、光疏介质和光密介质
特别提醒：
光疏和光密是从介质的光学特性来说的,并不是它的密度大小。如,酒精的密度比水小,但酒精和水相比,酒精是光密介质。
3.光疏介质与光密介质是相对的
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断谁是光疏介质或光密介质。如，水、水晶和金刚石三种物质相比较，水晶对水来说是光密介质，对金刚石来说则是光疏介质。
4.光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的小n=。
一、光疏介质和光密介质
5.折射角与入射角：光由光疏介质射入光密介质，折射角小于入射角。光由光密介质射入光疏介质，折射角大于入射角。
O
空气
水
光疏介质
光密介质
思考：光由光密介质进入光疏介质时，如果入射角不断增大，使折射角增大到90 时，会出现什么现象？
O
光疏介质
光密介质
空气
水
一、光疏介质和光密介质
实验与观察
现象：随着入射角的逐渐增大的过程中，折射角逐渐增大 ；折射光线亮度逐渐减弱；反射角逐渐增大；反射光线亮度逐渐增强；当入射角增大到某一角度时，折射光线消失，所有光线全部反射。
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。
二、全反射
临界角：当光从光密介质射入光疏介质时，折射角等于900角时的入射角叫做临界角。用C表示。
玻璃
空气
发生全反射的条件
（1）光从光密介质射入光疏介质；
（2）入射角等于或大于临界角；
临界角C的大小由折射率可得：
临界角的正弦值：
二、全反射
玻璃
空气
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
二、全反射
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。
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 °
二、全反射
不同介质的临界角
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。
三、全反射棱镜
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。
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
双筒望远镜中的全反射棱镜
三、全反射棱镜
全反射棱镜的应用
三、全反射棱镜
自行车尾灯
全反射棱镜的应用
三、全反射棱镜
潜望镜
潜望镜
对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜等，就需要用全反射棱镜代替平面镜，以消除多余的像．
当然，如果在玻璃的前表面镀银，就不会产生多个像，一般的平面镜都是在玻璃的后面镀银， 但是银面容易脱落．因此对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜等，就需要用全反射棱镜代替平面镜．与平面镜相比,它的反射率高,几乎可达100%。
三、全反射棱镜
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。
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，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。
四、光导纤维
原理：利用全反射原理
四、光导纤维
结构：
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
四、光导纤维
医学上将其制成内窥镜，用来检查人体内脏的内部
四、光导纤维
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
四、光导纤维
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。
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
四、光导纤维
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。
视频
：水流导光
四、光导纤维
思考1：水中的鱼看水面和岸上的景物，是一种什么体验呢？
水的折射率为1.33 所以C=48.80
则有圆锥顶角θ=2C=97.60
五、学以致用
结论：水中的一切生物看水面上和岸上的所有景物，都出现在顶角约为97.6°的倒立圆锥里。
结论：光从水中射向空气时，一部分光在分界面上发生了全反射。
五、学以致用
思考2：草叶上露珠特别明亮，为什么？
五、学以致用
思考3：海市蜃景和沙漠蜃景有区别吗？
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.
课堂小结
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。
【典例1】（多选）下列说法正确的是（ ）
A．在水中的潜水员斜向上看岸边的物体时，看到的物体的像比物体所处的实际位置高
B．光纤通信是一种现代通信手段，它是利用光的全反射原理来传递信息的
C．在光的照射下，玻璃杯裂缝处看上去比周围明显亮，是由于光的全反射
D．海市蜃楼产生的原因是海面上方上层空气的折射率比下层空气的折射率大
典例分析
【正确答案】ABC
【典例2】（2022·四川省富顺县城关中学高二期中）一束由a、b两种单色光组成的复色光从水中射入空气中，并分成a、b两束，下列关于a、b两束单色光的说法正确的是（ ）
A．若水中入射光SA的入射角不断增大，则a光先发生全反射
B．a光的折射率比b光的折射大
C．在真空中a光的速度比b光大
D．在水中a光的传播速度比b光的大
【正确答案】D
典例分析
【正确答案】B
典例分析
典例分析
【典例4】（2022·福建三明·高二期中）如图所示，MN是空气与某种液体的分界面，一束红光由空气射到分界面，一部分光被折射，一部分光进入液体中。当入射角是450时，折射角为300，求：
（1）该液体对红光的折射率n；
（2）该液体对红光的全反射临界角C。
典例分析
典例分析
【典例5】（2022·浙江·高二阶段练习）(多选)如图所示，用透明材料制成一长方体光学器件，其侧面BD足够长，现有一光束从上表面射入，下列说法正确的是（ ）
A．入射角越大，光进入介质后在侧面越不容易发生全反射
B．要求从上表面射入的光能从右侧面射出，材料的折射率必须小于
C．若从上表面入射的光为红光和紫光的复合光，则在BD面上紫光比红光更靠近D端
D．要求从上表面射入的光能从右侧面射出，材料的折射率必须大于
【正确答案】ABC
典例分析
【典例6】（2022·福建省连城县第一中学高二阶段练习）有一玻璃棱镜，横截面为如图所示的圆心角为90°的扇形，扇形的半径为R，一束细光以垂直于OP的方向射向OP界面，当入射点M距O点0.5R时，在圆弧PQ界面上的折射角为45°。已知光在真空中的传播速度为c。
（1）求此种玻璃的折射率；
（2）若此入射光可以在OP方向上移动，是否存在
反射光垂直OQ方向从OQ界面射出的情况；如果有，请作出最简单的光路图，并求出此种情况下光在该玻璃棱镜中的传播时间。
典例分析
典例分析
【典例7】如图所示，平静湖面岸边的垂钓者，眼睛恰好位于岸边P点正上方0.9m的高度处，浮标Q离P点0.9m远，鱼饵灯M在浮标正前方1.8m处的水下，垂钓者发现鱼饵灯刚好被浮标挡住，已知鱼饵灯M离水面的深度为 。
（1）求水的折射率n；
（2）鱼饵灯缓慢竖直上浮，当它离水面多深时，
鱼饵灯发出的光恰好无法从水面P、Q间射出？
典例分析
典例分析