4.2 全反射课件 (共28张PPT) 高二上学期物理人教版（2019）选择性必修1

(共28张PPT)
第四章　光
4.2 全反射
你能解释这个“魔术”中的物理原理吗？
水中的气泡看上去特别明亮
晶莹剔透的露珠
炎热的夏天柏油路面有时看起来特别明亮
n空气=1.0028
光从空气到水中(
入射角θ1
折射角θ2
光从水到空气中(光路可逆)
入射角θ2
折射角θ1
空气相对于水是光疏介质
水相对于空气是光密介质
光从折射率较小的介质进入折射率较大的介质时，折射角小于入射角
光从折射率较大的介质进入折射率较小的介质时，折射角大于入射角
一、全反射
(4)光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的小( ).
光疏介质和光密介质
1.光疏介质和光密介质
(1)对于折射率不同的两种介质，我们把折射率较___的称为光疏介质，折射率较___的称为光密介质。
(2)光疏介质和光密介质是_____ (填“相对”或“绝对”)的。
小
大
相对
θ1
θ2
空气
N
N'
A
O
B
介质 1
θ1
θ3
N
N'
A
O
B
空气
介质2
介质1与介质2相对空气都是光密介质
介质1相对介质2是光疏介质
由n1< n2知，
光由光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角，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？
随着入射角的逐渐增大：折射角逐渐 ；折射光线亮度逐渐 ；反射角逐渐 ；反射光线亮度逐渐 ；当入射角增大到某一角度时，折射角达到90 ，折射光线 ，所有光线全部反射。
增大
减弱
增大
增强
消失
(1)全反射：光从____介质射入____介质时，同时发生折射和反射.如果入射角逐渐增大，折射光离法线会越来越远，而且越来越___，反射光却越来越___当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，____光完全消失，只剩下_____光的现象.
全反射现象
说明：当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，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，光全部返回原来的介质，反射光线的能量等于入射光线的能量。
光密
光疏
弱
强
折射
反射
由
得
(3)全反射发生的条件
①光从_____介质射入_____介质.
②入射角___________临界角.
说明：两个条件必须同时满足才能发生全反射现象。
90°
C
(2)临界角：恰好发生全反射，即折射角等于____时的入射角。用字母C表示，光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sin C＝ 。
90°
光密
光疏
等于或大于
水中的气泡看上去特别明亮：光从水中射入气泡时，一部分光在分界面上发生了全反射.
晶莹剔透的露珠：光由水珠内部射向空气时，大部分光线发生了全反射，与折射出来的光线重叠交织在一起，所以看起来会比较亮。
水
气泡
全反射现象
上现蜃景—海市蜃楼
海面上下层空气温度低，折射率大，上层空气温度高，折射率小，远方物体发出的光线向空中入射时不断折射弯曲，到某高度时发生全反射，再射回地面，观察者感觉这光线来自空中。
下现蜃景——沙漠蜃景
贴近地面空气温度高，折射率小，上层空气温度低，折射率大 。远方物体发出的有些光线向地面入射时不断折射弯曲，到地面附近时发生全反射，再折向上，射向远处空中，观察者感觉这光线来自地下。
炎热的夏天柏油路面有时看起来特别明亮
贴近热路面附近的空气层比上层空气的折射率小，远处物体射向路面的部分光线发生了全反射，所以，从远处看，炎热夏天柏油路面有时看起来特别明亮。
如下表，分别列出了四种物质的折射率、密度值，据此思考以下问题：
介质 水 酒精 玻璃 金刚石
折射率n 1.33 1.36 1.5～1.9 2.42
密度/×103 kg/m3 1.0 0.8 2.5～3.0 3.52
(1)“两种介质相比较，密度大的介质一定是光密介质”，这种说法对吗？试举例说明。
不对，光密介质和光疏介质具有相对性，折射率是反映介质光学性质的物理量，与介质的密度没有必然联系。如酒精的密度比水的密度小，但其折射率比水的折射率大，酒精相对于水是光密介质。
(2)光从哪种介质射入空气更容易发生全反射？
介质折射率越大，发生全反射的临界角越小，越容易发生全反射，故光从金刚石射入空气更容易发生全反射。
介质 水 酒精 玻璃 金刚石
折射率n 1.33 1.36 1.5～1.9 2.42
密度/×103 kg/m3 1.0 0.8 2.5～3.0 3.52
(1)由AB面垂直入射时
(2)由AC面垂直入射时
方向变化90 °
方向变化180 °
A
B
C
C
B
A
(3)由AB面水平入射时
A
B
C
方向发生侧移
图为横截面是等腰直角三角形的玻璃棱镜(各种玻璃的临界角为32°～42°)，当光线以下列三种方式入射时会发生什么现象？
二、全反射棱镜
(1)全反射棱镜：截面为________________的棱镜.
(2)原理：利用全反射原理
(3)特点：与平面镜相比，它的反射率___，几乎可达100%.
(4)作用：改变光路
全反射棱镜
等腰直角三角形
高
(5)应用：全反射棱镜的应用
璀璨夺目的钻石
自行车尾灯
双筒望远镜
潜望镜
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。
三、光导纤维
光导纤维
(1)构造：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有几微米到一百微米，如图所示，它是由内芯和外套两层组成的，内芯的折射率_____外套的折射率。
(2)原理：利用全反射原理
(3)应用：作为载体，传递信息
①内窥镜：检查人体胃、肠、气管等脏器的内部。
②光纤通信：传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强。
大于
“做一做”—水流导光
现在，你能解释水流导光的原理了吗？
光导纤维在医学上的应用
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1
图2
光纤通信
光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强。
我国光纤通信发展
如图所示为光导纤维(可简化为长玻璃丝)的示意图，玻璃丝长为l，折射率为n(n< )，AB代表端面。为使光能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，光在端面AB上的入射角应满足什么条件？
若要保证光能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面则需保证光能在内芯发生全反射。
设在AB端面的入射角为i，折射角为r，折射光射向侧面的入射角为α。
相对性
目标二：全反射棱镜
目标一：全反射
全反射
光疏介质和光密介质
现象
目标三：光导纤维
折射光线消失
反射率几乎100%
条件
由光密介质到光疏介质
入射角大于或等于临界角
等腰直角三角形
改变光路
临界角sinC =
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)