人教版高中物理选择性必修第一册第四章光4.2全反射教学课件（28页PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理选择性必修第一册第四章光4.2全反射教学课件（28页PPT） |  | |
| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 19.9MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-08-03 12:12:55 | ||
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文档简介
(共28张PPT)
4.2 全反射
一、 全反射
对于折射率不同的两种介质，我们把折射率较小的称为光疏介质，折射率较大的称为光密介质 。
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
注意：(1)光疏介质和光密介质是相对的
(2)“疏”、“密”不是指密度
根据折射定律，光由光疏介质射入光密介质 (例如由空气射入水) 时，折射角小于入射角；光由光密介质射入光疏介质(例如由水射入空气)时，折射角大于入射角。
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n1
折射率n2
空气
玻璃
O
折射率n1
折射率n2
O
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
观察全反射现象
如图4.2-1，让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，在这个边与空气的界面上会发生反射和折射。逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化。
实验演示：
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90°时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫作全反射，这时的入射角叫作临界角。
当光从光密介质射人光疏介质时，如果人射角等于或大于临界角，就会发生全反射现象。
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
计算时可以先考虑图4.2-2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。
思考与讨论：
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
从这个关系式可以看出，介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。水的临界角为48.8°，各种玻璃的临界角为 32°~42°，金刚石的临界角为 24.4°。
科研和技术中常常通过测量临界角来测定材料的折射率。
全反射是自然界中常见的现象。例如，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。
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
分析 如图 4.2-3，岸上所有景物发出的光，射向水面时入射角 θ1 分布在0°到90°之间，射入水中后的折射角 θ2 都在 0°至临界角 C 之间。
典例
二、 全反射棱镜
如图 4.2-4，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重直，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，人射角大于临界角，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，应用十分广泛，例如图4.2-5所示的双筒望远镜中的全反射棱镜等。
三 、光导纤维
观察光在弯曲的有机玻璃棒中传播的路径
如图4.2-6，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。
实验演示：
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 (图4.2-7)。
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4.2-8)。
医学上用这种光纤制成内窥镜 (图4.2-9)，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，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。
光也可以像无线电波那样，作为载体来传递信息。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。
光纤通信有传输容量大的特点。例如，一路光纤的传输能力的理论值为二十亿路电话，一千万路电视。此外光纤传输还有衰减小、抗干扰性及保密性强等多方面的优点。
尽管光纤通信的发展历史较短，但是发展速度惊人，我国的光纤通信起步较早，现已成为技术先进的几个国家之一，目前已经建立了纵横城市之间的光缆通信网络，而且与邻国建立了海底光缆。随着技术的发展，光纤宽带也越来越普及，已有许多企业、家庭实现了光纤入户。光缆线路已经与通信卫星、微波中继站、普通电缆相结合，构成了现代国家的“神经系统”。
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4.2-10，激光可由激光笔产生)，观察光的传播路径。
做一做：
1. 光由折射率为 1.5 的玻璃和 2.42 的金刚石进入空气时的临界角各是多大
课堂练习：
3. 图4.2-11是一个用折射率 n＝2.4 的透明介质做成的四棱柱的横截面图，其中∠A＝∠C＝90°，∠B＝60°。现有一束光从图示的位置垂直入射到棱镜的 AB 面上，画出光路图，确定射出光线。注意：每个面的反射光线和折射光线都不能忽略。
4.2 全反射
一、 全反射
对于折射率不同的两种介质，我们把折射率较小的称为光疏介质，折射率较大的称为光密介质 。
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
注意：(1)光疏介质和光密介质是相对的
(2)“疏”、“密”不是指密度
根据折射定律，光由光疏介质射入光密介质 (例如由空气射入水) 时，折射角小于入射角；光由光密介质射入光疏介质(例如由水射入空气)时，折射角大于入射角。
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n1
折射率n2
空气
玻璃
O
折射率n1
折射率n2
O
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
观察全反射现象
如图4.2-1，让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，在这个边与空气的界面上会发生反射和折射。逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化。
实验演示：
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90°时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫作全反射，这时的入射角叫作临界角。
当光从光密介质射人光疏介质时，如果人射角等于或大于临界角，就会发生全反射现象。
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
计算时可以先考虑图4.2-2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。
思考与讨论：
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
从这个关系式可以看出，介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。水的临界角为48.8°，各种玻璃的临界角为 32°~42°，金刚石的临界角为 24.4°。
科研和技术中常常通过测量临界角来测定材料的折射率。
全反射是自然界中常见的现象。例如，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。
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
分析 如图 4.2-3，岸上所有景物发出的光，射向水面时入射角 θ1 分布在0°到90°之间，射入水中后的折射角 θ2 都在 0°至临界角 C 之间。
典例
二、 全反射棱镜
如图 4.2-4，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重直，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，人射角大于临界角，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，应用十分广泛，例如图4.2-5所示的双筒望远镜中的全反射棱镜等。
三 、光导纤维
观察光在弯曲的有机玻璃棒中传播的路径
如图4.2-6，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。
实验演示：
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 (图4.2-7)。
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4.2-8)。
医学上用这种光纤制成内窥镜 (图4.2-9)，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，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。
光也可以像无线电波那样，作为载体来传递信息。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。
光纤通信有传输容量大的特点。例如，一路光纤的传输能力的理论值为二十亿路电话，一千万路电视。此外光纤传输还有衰减小、抗干扰性及保密性强等多方面的优点。
尽管光纤通信的发展历史较短，但是发展速度惊人，我国的光纤通信起步较早，现已成为技术先进的几个国家之一，目前已经建立了纵横城市之间的光缆通信网络，而且与邻国建立了海底光缆。随着技术的发展，光纤宽带也越来越普及，已有许多企业、家庭实现了光纤入户。光缆线路已经与通信卫星、微波中继站、普通电缆相结合，构成了现代国家的“神经系统”。
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4.2-10，激光可由激光笔产生)，观察光的传播路径。
做一做：
1. 光由折射率为 1.5 的玻璃和 2.42 的金刚石进入空气时的临界角各是多大
课堂练习：
3. 图4.2-11是一个用折射率 n＝2.4 的透明介质做成的四棱柱的横截面图，其中∠A＝∠C＝90°，∠B＝60°。现有一束光从图示的位置垂直入射到棱镜的 AB 面上，画出光路图，确定射出光线。注意：每个面的反射光线和折射光线都不能忽略。