4.2全反射 课件-2021-2022学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第一册32张PPT

第2节全反射
第四章光
光亮的铁球,在阳光下很刺眼,将光亮铁球夹在试管夹上,放在点燃蜡烛的内焰上进行熏黑,再将熏黑的铁球浸没在盛有清水的烧杯中,奇怪的现象发生了,放在水中的铁球变得比在阳光下更亮。是水泡掉了铁球上黑色物吗？当把试管夹从水中取出时，发现熏黑的铁球依然如故，再将其放入水中时，出现的现象和前述一样，让我们带着这个疑问开始学习新的知识——全反射现象。
新知探究
知识点 全反射
光密介质和光疏介质
光疏介质：两种介质中折射率较小的介质叫做光疏介质。
光密介质：两种介质中折射率较大的介质叫做光密介质。
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新知探究
知识点 全反射
思考:光密介质相对光疏介质来说,密度是不是一定大?为什么?
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新知探究
解答:不一定。光疏介质和光密介质是从介质的光学特性来说的,并不表示它的密度大小。
知识点 全反射
思考:二硫化碳(n=1.63)一定是光密介质,而水(n=1.33)一定是光疏介质,这种说法对吗?为什么?
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新知探究
解答:不对。二硫化碳的折射率尽管很大,但相对金刚石(n=2.42)仍是光疏介质;水的折射率尽管很小,但相对空气(n≈1)仍是光密介质。
知识点 全反射
思考:光在光密介质和光疏介质中传播时,怎样比较传播速度?
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新知探究
解答:通过v=比较,介质的折射率越大,光在其中传播的速度越小。
知识点 全反射
光进入不同介质时的角度大小关系：
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新知探究
光从光疏介质进入光密介质
光从光密介质进入光疏介质
知识点 全反射
光疏介质与光密介质特点：
①光疏介质与光密介质是相对的。
②光由光疏介质斜射入光密介质时，折射角小于入射角；
光由光密介质斜射入光疏介质，折射角大于入射角。
③光在光疏介质中的传播速度大于在光密介质中的传播速度。
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新知探究
知识点 全反射
例：下列说法正确的是(　　)
A．因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质
B．因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质
C．同一束光，在光密介质中的传播速度较大
D．同一束光，在光密介质中的传播速度较小
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新知探究
知识点 全反射
【答案】B、D
【解析】因为水的折射率为1.33，酒精的折射率为1.36，所以水对酒精来说是光疏介质；由v＝c/n可知，光在光密介质中的速度较小。
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新知探究
知识点 全反射
思考：
逐渐增大入射角，当入射角增大到某一角度，折射角接近90°时，继续增大入射角，这时会发生什么情况？
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新知探究
知识点 全反射
全反射定义：
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,折射光离法线会越来越远,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。
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新知探究
知识点 全反射
临界角：
折射角等于90°时的入射角叫做临界角，用符号C 表示．
光从折射率为n的某种介质射到空气(或真空)时的临界角C 就是折射角等于90°时的入射角，根据折射定律可得：
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新知探究
知识点 全反射
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新知探究
知识点 全反射
思考：介质临界角的大小反映介质的哪方面性质?
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新知探究
解答：介质临界角的大小反映介质对光线的折射本领。临界角越大,介质对光线的折射作用越弱,越不容易发生全反射;反之,临界角越小,介质对光线的折射作用越强,越容易发生全反射。
知识点 全反射
发生全反射的必要条件
a.光由光密介质射入光疏介质;
b.入射角等于或大于临界角。
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新知探究
知识点 全反射
思考：光是一种电磁波,也具有能量,在全反射现象中能量是怎样分配的?
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新知探究
提示：达到全反射之前,随着入射角的增大,折射光能量减小,亮度减弱;反射光能量增大,亮度增加。刚好发生全反射时,折射光能量减小至零,入射光的能量全部反射回来。
知识点 全反射
例：已知介质对某单色光的临界角为C，则(　　)
A．该介质对单色光的折射率等于1????????????????
B．此单色光在该介质中的传播速度等于csinC(c是光在真空中的传播速度)
C．此单色光在该介质中的传播波长是在真空中波长的sinC倍
D．此单色光在该介质中的频率是在真空中的1????????????????倍
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新知探究
知识点 全反射
【答案】A、B、C【解析】由临界角的计算式sinC＝1????，得n＝1????????????????，选项A正确；将n＝????????代入sinC＝1????得sinC＝????????，故v＝csinC，选项B正确；设该单色光的频率为f，在真空中的波长为λ0，在介质中的波长为λ，由波长、频率、光速的关系得c＝λ0f，v＝λf，由sinC＝????????＝λλ0，λ＝λ0sinC，选项C正确；该单色光由真空传入介质时，频率不发生变化，选项D错误。
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新知探究
知识点 全反射棱镜
全反射棱镜
截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜,当光线垂直任意一个表面射入时,在棱镜内部都能发生全反射,所以这样的棱镜叫全反射棱镜。
全反射棱镜的反射率大于平面镜的反射率。
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新知探究
知识点 全反射棱镜
光导纤维
(1)光导纤维的工作原理:光在玻璃纤维内发生全反射,光沿锯齿路线传播。
(2)光导纤维传输信息的优点:容量大、衰减小、抗干扰性强。
应用：精密昂贵的光学仪器中，比方说显微镜，单反相机，潜望镜，望远镜……
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新知探究
知识点 全反射棱镜
例：如图所示，一段横截面为正方形的玻璃棒，中间部分弯成四分之一圆弧形状，一细束单色光由MN端面的中点垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射，然后垂直PQ端面射出。
(1)求该玻璃棒的折射率；
(2)若将入射光向N端平移，当第一次射到弧面EF上时________(填“能”“不能”或“无法确定能否”)发生全反射。
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新知探究
知识点 全反射棱镜
解析：如图所示单色光照射到EF弧面上时刚好发生全反射，由全反射的条件得C＝45°
由折射定律得n＝????????????90°????????????????
联立④⑤式得n＝2。
答案：(1) 2　(2)能
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新知探究
1.光线在玻璃和空气的分界面上发生全反射的条件是(　　)
A．光从玻璃射到分界面上，入射角足够小
B．光从玻璃射到分界面上，入射角足够大
C．光从空气射到分界面上，入射角足够小
D．光从空气射到分界面上，入射角足够大
课堂训练
解析：发生全反射的条件是光由光密介质射向光疏介质，且入射角大于等于临界角，故B正确。
答案：B
课堂训练
2.在自行车的后挡泥板上，常常安装着一个“尾灯”。其实它不是灯，它是一种透明的塑料制成的，其截面如图所示。夜间，从自行车后方来的汽车灯光照在“尾灯”上时，“尾灯”就变得十分明亮，以便引起汽车司机的注意。从原理上讲，它的功能是利用了(　　)
A．光的折射 B．光的全反射
C．光的干涉 D．光的衍射
课堂训练
解析：从题图可以看出，自行车的尾灯是利用了全反射的原理，使光线发生了180°偏折。
答案：B
课堂训练
3. 关于光纤的说法，正确的是(　　)
A．光纤是由高级金属制成的，所以它比普通电线容量大
B．光纤是非常细的特制玻璃丝，但导电性能特别好，所以它比普通电线衰减小
C．光纤是非常细的特制玻璃丝，有内芯和外套两层组成，光纤是利用全反射原理来实现光的传导的
D．在实际应用中，光纤必须呈笔直状态，因为弯曲的光纤是不能导光的
课堂训练
解析：光导纤维的作用是传导光，它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝，且由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大。载有声音、图像及各种数字信号的激光传播时，在内芯和外套的界面上发生全反射，光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强等特点。在实际应用中，光纤是可以弯曲的。所以，答案是C。
答案：C
课堂训练
4. 空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图所示。方框内有两个折射率n＝1.5的玻璃全反射棱镜。下图给出了两个棱镜四种放置方式的示意图，其中能产生效果的是(　　)
课堂训练
解析：画出入射光线与出射光线反向延长线的交点则为发生全反射的位置，画上全反射棱镜，可知B正确。
答案：B
课堂训练
谢谢