4.3 光的全反射与光纤技术 课件（24张PPT）

第四章 光及其应用
粤教版 选择性必修一
第三节 光的全反射与光纤技术
新课导入
水中和玻璃中的气泡，还有叶子上的露珠看起来特别明亮，这是为什么呢？
水中的气泡看上去特别明亮
晶莹剔透的露珠
知识回顾
（介质的绝对折射率）
????=sin????sin????
?
sin????sin????=????21=????2????1
?
????1sin????=????2sin????
?
从真空/空气入射
从一种介质入射到另一种介质
????
?
????
?
????????
?
????????
?
????
?
????
?
????
?
一、光的全反射现象
（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
????
?
????
?
????????
?
????????
?
一、光的全反射现象
（一）光密介质和光疏介质
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
sin?????1sin?????2=????2????1
?
折射率n1
折射率n2
空气
玻璃
????????
?
????????
?
O
折射率n1
折射率n2
O
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
（1）折射角逐渐 ；
（2）折射光线亮度逐渐 ；
（3）反射角逐渐 ；
（4）反射光线亮度逐渐 ；
（5）当入射角增大到某一角度时，
折射光线 ，所有光线全部反射。

观察实验现象后回答，光由光密介质射入光疏介质时，
随着入射角的逐渐增大的过程中：
（1）折射角逐渐 ；
（2）折射光线亮度逐渐 ；
（3）反射角逐渐 ；
（4）反射光线亮度逐渐 ；
（5）当入射角增大到某一角度时，
折射光线 ，所有光线全部反射。

观察实验现象后回答，光由光密介质射入光疏介质时，
随着入射角的逐渐增大的过程中：
增大
减弱
增大
增强
消失
一、光的全反射现象
（二）全反射
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
临界角???????? 折射角等于900时的入射角
刚刚(刚好)发生全反射时的入射角
?
????????
?
一、光的全反射现象
（二）全反射
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
临界角????????:折射角等于90°时的入射角（刚好发生全反射）
?
2.发生全反射的条件：
3.折射率与临界角的关系：（光由介质射入真空中）
①光从光密介质射入光疏介质
②入射角大于或等于临界角
????=????????????????????°????????????????????
?
????????????????????=????????
?
n越大，临界角越小，也就越容易发生全发射
????????
?
一、光的全反射现象
（三）生活中的全反射现象
水中或玻璃中的气泡，看起来特别明亮，就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的缘故。
从水射到空气时，由密到疏，发生全反射
二、光的全反射应用实例
（一）光导纤维
现象：光沿着弯曲的玻璃棒转弯
【观察与思考】
演示：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。
原因：当光在玻璃棒内传播时，如果从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。
二、光的全反射应用实例
（一）光导纤维
光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到几百微米之间，由内芯与外套两层组成．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。
二、光的全反射应用实例
（一）光导纤维
把光导纤维聚集成束，使其两端纤维排列的相对位置相同，图像就可以从一端传到另一端了。
载有声音、图像以及各种数字信号的激光从光纤的一端输入，就可以传到千里以外的另一端，实现光纤通信。
二、光的全反射应用实例
（一）光导纤维
光导纤维的用途很大，医学上将其制成内窥镜，用来检查人体内脏的内部
内窥镜的结构
光导纤维在医学上的应用
二、光的全反射应用实例
（二）水流导光
水流导光：光在水的内表面发生多次全反射
二、光的全反射应用实例
（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900
A
B
C
C
B
A
在AC面发生全反射，垂直于BC面射出．
在AB、 BC面发生两次全反射，垂直于AC面射出．
变化1800
优点：
（1）反射率高，几乎可达100%；
（2）因反射面不必涂敷任何反射物质，故反射时失真小。
二、光的全反射应用实例
（三）全反射棱镜
——缩短镜筒的长度
在光学仪器里，常用全反射棱镜来代替平面镜，改变光的传播方向。望远镜为了提高倍数，镜筒要很长，通过使用全反射棱镜能够缩短镜筒的长度。
二、光的全反射应用实例
（三）全反射棱镜
——提高反射率
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%
典例训练
（粤教版课本P105 第2题）
折射率为n、长度为L的玻璃纤维置于空气中，若从A端射入的光线能在玻璃纤维中发生全反射，最后从B端射出，如图所示，求：
(1)光在A面上入射角的最大值．
(2)若光在纤维中恰能发生全反射，由A端射入到从B端射出经历的时间是多少？
典例训练
（粤教版课本P105 第2题）
如图所示，光线从空气垂直射入棱镜界面的BC上，棱镜的折射率 ????=2，这条光线离开棱镜时与界面的夹角为____
?
典例训练
（粤教版课本P105 第3题）
（粤教版课本P105 第3题）
典例训练
课堂小结