课件30张PPT。知识点一
知识点二学业分层测评全 反 射 及 其 产 生 条 件大于 折射光线 入射角 较小 较大 光疏 大于等于 × √ × 对 全 反 射 现 象 的 解 释 和 光 导 纤 维全反射 小 大于 直角等腰 全反射 90° 直角边 180° 全反射 大 全反射 能量 保密 √ √ ×
第2节 光的全反射
第3节 光导纤维及其应用
全 反 射 及 其 产 生 条 件
[先填空]
1．全反射
光从玻璃射入到空气中时，折射角大于入射角，当入射角增大到一定程度时，折射光线完全消失，全部光线都被反射回玻璃内，这种现象称为全反射现象．
2．临界角
刚好发生全反射(即折射角等于90°)时的入射角．用字母C表示．临界角和折射率的关系是sin C＝.
3．光疏介质和光密介质
两种介质比较，折射率较小的介质叫做光疏介质，折射率较大的介质叫做光密介质．
4．全反射的条件
(1)光从光密介质射入光疏介质．
(2)入射角大于等于临界角．
[再判断]
1．光从空气射入水中时可能发生全反射现象．(×)
2．光密介质，是指介质的折射率大，密度不一定大．(√)
3．只要是光从光密介质射向光疏介质，就一定发生全反射．(×)
[后思考]
通过比较什么可以知道两种介质哪个是光密介质，哪个是光疏介质？
【提示】 可以通过比较光在两种介质中传播速度的大小或折射率的大小来确定光密介质和光疏介质，也可通过光线射入不同介质时的偏折程度判断．
[核心点击]
1．全反射现象
(1)全反射的条件：
①光由光密介质射向光疏介质．
②入射角大于或等于临界角．
(2)全反射遵循的规律：发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用．
2．对光疏介质和光密介质的理解
(1)光疏介质和光密介质的比较：
光的传播速度
折射率
光疏介质
大
小
光密介质
小
大
(2)相对性：光疏介质、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．
3．不同色光的临界角：不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越高的光的临界角越小，越易发生全反射．
1.一束光从某介质进入真空，方向如图4-2-1所示，则下列判断中正确的是( )
图4-2-1
A．该介质的折射率是
B．该介质的折射率是
C．该介质相对真空发生全反射的临界角小于45 °
D．光线按如图所示的方向入射，无论怎样改变入射方向都不可能发生全反射现象
E．如果光从真空射向介质，则不可能发生全反射现象
【解析】 上面是介质，下面是真空，入射角i＝30°，折射角r＝60°，则折射率n＝＝＝，故选项A错误，选项B正确；sinC＝＝＜，则C＜45°，故选项C正确；光线按如图所示的方向入射，当入射角大于临界角时，就会发生全反射现象，故选项D错误．光从真空射向介质，不可能发生全反射现象，E正确．
【答案】 BCE
2．如图4-2-2所示，半圆形透明介质的横截面，其半径为R.一束光从半圆形透明介质的左边缘以入射角60°射入透明介质，光束在半圆形透明介质的弧形面发生两次反射后刚好从半圆形透明介质的另一边缘射出．已知光在真空中传播的速度为c.求：
图4-2-2
(1)半圆形透明介质的折射率．
(2)光线在半圆形透明介质中传播的时间．
(3)半圆形透明介质的全反射临界角．
【解析】 (1)由图中几何关系可知，光束折射角r＝30°，由折射定律，玻璃砖的折射率n＝＝．
(2)光线在半圆形透明介质中传播的速度v＝＝
光线在半圆形透明介质中传播的距离L＝3R
光线在半圆形透明介质中传播的时间t＝＝．
(3)由sin C＝
得C＝arcsin．
【答案】 (1) (2) (3)arcsin
全反射定律的应用技巧
1．首先判断是否为光从光密介质进入光疏介质，如果是，下一步就要再利用入射角和临界角的关系进一步判断，如果不是则直接应用折射定律解题即可．
2．分析光的全反射时，根据临界条件找出临界状态是解决这类题目的关键．
3．当发生全反射时，仍遵循光的反射定律和光路可逆性．
4．认真规范作出光路图，是正确求解这类题目的重要保证．
对 全 反 射 现 象 的 解 释 和 光 导 纤 维
[先填空]
1．解释全反射现象
(1)水或玻璃中的气泡看起来特别亮，是由于光射到气泡上发生了全反射．
(2)在沙漠里，接近地面的热空气的折射率比上层空气的折射率小，从远处物体射向地面的光线的入射角大于临界角时，发生全反射，人们就会看到远处物体的倒影．
2．全反射棱镜
(1)形状：截面为直角等腰三角形的棱镜．
(2)光学特性：
①当光垂直于截面的直角边射入棱镜时，光在截面的斜边上发生全反射，光射出棱镜时，传播方向改变了90°.
②当光垂直于截面的斜边射入棱镜时，在直角边上各发生一次全反射，使光的传播方向改变了180°.
3．光导纤维及其应用
(1)原理
利用了全反射．
(2)构造
光导纤维是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外层透明介质两层组成．内芯的折射率比外层的大，光传播时在内芯与外层的界面上发生全反射．
(3)主要优点
容量大，能量损耗小、抗干扰能力强，保密性好等．
[再判断]
1．在沙漠里看到的蜃景是一种全反射现象．(√)
2．鱼缸中上升的气泡亮晶晶的，是由于光射到气泡上发生了全反射．(√)
3．光纤一般由折射率小的玻璃内芯和折射率大的外层透明介质组成．(×)
[后思考]
炎热的夏天，在公路上有时能看到远处物体的倒影，这是一种什么现象？
【提示】 是一种蜃景现象，是由光的全反射造成的．
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1．全反射棱镜
(1)用玻璃制成的截面为等腰直角三角形的棱镜，其临界角约为42°.
(2)全反射棱镜特点：
①与平面镜相比，全反射棱镜反射率高，几乎可达100%.
②反射面不必涂任何反光物质，反射失真小．
③克服了平面镜成多个象的问题．
2．光导纤维
(1)构造：光导纤维一般由折射率较大的玻璃内芯和折射率较小的外层透明介质组成，如图4-2-3所示．
图4-2-3
实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，外层包上折射率比它小的材料，再把若干根光纤集成一束，制成光缆，进一步提高了光纤的强度．
(2)原理：全反射是光导纤维的基本工作原理．光在光纤内传播时，由光密介质入射到光疏介质，若入射角i≥C(临界角)，光就会在光纤内不断发生全反射．
(3)应用：光纤通信是光导纤维的一个重要应用．载有声音、图象以及各种数字信号的激光从光纤一端输入，就可以传到千里之外的另一端，实现光纤通信．
3．下述现象哪些是由于全反射造成的( )
A．露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下格外明亮
B．直棒斜插入水中时呈现弯折现象
C．口渴的沙漠旅行者，往往会看到前方有一潭晶莹的池水，当他们喜出望外地奔向那潭池水时，池水却总是可望而不可及
D．在盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管，看到试管壁特别明亮
E．利用“潜望镜”可以从水底观察水面上的情况
【解析】 露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下在部分位置发生全反射，所以格外明亮，故A正确；直棒斜插入水中时呈现弯折现象是由于光的折射，故B不正确；口渴的沙漠旅行者，往往会看到前方有一潭晶莹的池水，是折射和全反射形成的现象，故C正确；盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管，看到试管壁特别明亮，是由于发生了全反射，故D正确；“潜望镜”利用了平面镜成像，为反射现象，E不正确．
【答案】 ACD
4.如图4-2-4所示，一根长为l＝5.0 m的光导纤维用折射率n＝的材料制成．一束激光由其左端的中心点以45°的入射角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右端射出，求：
图4-2-4
(1)该激光在光导纤维中的速度v是多大．
(2)该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少．
【解析】 (1)由n＝可得v＝2.1×108 m/s.
(2)由n＝可得光线从左端面射入后的折射角为30°，射到侧面时的入射角为60°，大于临界角45°，因此发生全反射．同理光线每次在侧面都将发生全反射，直到光线到达右端面．由几何关系可以求出光线在光导纤维中通过的总路程s＝，因此该激光在光导纤维中传输所经历的时间t＝＝2.7×10－8 s.
【答案】 (1)2.1×108 m/s (2)2.7×10－8 s
光导纤维问题的解题关键
第一步 抓关键点
关键点
获取信息
光导纤维
工作原理：全反射
光束不会侧漏
光束在侧壁发生全反射
第二步 找突破口
“从一个端面射入，从另一个端面射出”，根据这句话画出入射、折射及全反射的光路图，根据全反射的知识求解问题．
