高中物理 4.3 光的全反射現(xiàn)象課件 粵教版選修3-4.ppt

目標導航,預習導引,目標導航,預習導引,一,二,一、光的全反射 1.全反射:光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時,若入射角增大到某一角度,折射光線就會完全消失,只剩下反射光線的現(xiàn)象。 2.臨界角:剛好發(fā)生全反射即折射角等于90時的入射角,用字母θc表示,則 3.全反射的條件 要發(fā)生全反射,必須同時具備兩個條件: (1)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)。 (2)入射角大于等于臨界角。,,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,玻璃或水中的氣泡為什么看起來格外亮? 提示 因為光從玻璃或水入射到氣泡表面時發(fā)生了全反射。,目標導航,預習導引,一,二,二、光導纖維的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用 1.光導纖維對光的傳導原理:利用了光的全反射。 2.光導纖維的構(gòu)造:光導纖維是非常細的特制玻璃絲,直徑從幾微米到一百微米,由內(nèi)芯和外套兩層組成。內(nèi)芯的折射率比外套的大,光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射。 3.光導纖維的應(yīng)用——光纖通信 光纖通信的主要優(yōu)點是容量大,此外光纖傳輸還有衰減小、抗干擾性強等多方面的優(yōu)點。,,,,,,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一、全反射 1.對光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解 (1)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的比較: (2)相對性:光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是相對的。任何兩種透明介質(zhì)都可以通過比較光在其中傳播速度的大小或折射率的大小來判斷誰是光疏介質(zhì)或光密介質(zhì)。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,2.全反射現(xiàn)象 (1)全反射的條件: ①光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。 ②入射角大于或等于臨界角。 (2)全反射遵循的規(guī)律:發(fā)生全反射時,光全部返回介質(zhì),入射光與反射光遵循光的反射定律,由于不存在折射光線,光的折射定律不再適用。 (3)從能量角度來理解全反射:當光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時,隨著入射角增大,折射角也增大。同時折射光線強度減弱,即折射光線能量減小,反射光線強度增強,能量增加,當入射角達到臨界角時,折射光線強度減弱到零,反射光的能量等于入射光的能量。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,3.不同色光的臨界角 不同顏色的光由同一介質(zhì)射向空氣或真空時,頻率越高的光的臨界角越小,越易發(fā)生全反射。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,為什么說光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是相對的? 答案:折射率較小的介質(zhì)稱為光疏介質(zhì),折射率大小是相對的,例如水、水晶和金剛石三種物質(zhì)相比較,水晶對水來說是光密介質(zhì),對金剛石來說是光疏介質(zhì)。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,【例1】 如圖所示,在厚度為d、折射率為n的大玻璃板的下表面,緊貼著一個半徑為r的圓形發(fā)光面,為了從玻璃板的上方看不見圓形發(fā)光面,可在玻璃板的上表面貼一張圓紙片,求所貼圓紙片的最小面積。 (導學號51150062) 思路分析解答本題的關(guān)鍵是弄清所貼圓紙片的最小面積究竟由什么決定,實質(zhì)是利用全反射知識求介質(zhì)的臨界角。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,解析:如圖所示,A為發(fā)光面右邊緣,若由A發(fā)出的光線射向O點恰好發(fā)生全反射,入射角θ就是玻璃的臨界角,此時在玻璃板的上表面O點外側(cè)不再有折射光線。設(shè)B點為A在玻璃板正上方的對應(yīng)點,那么(r+BO)為玻璃板上表面透光面的半徑。,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一束單色光由左側(cè)射入注滿清水的薄壁圓柱形玻璃杯,如圖為過軸線的截面圖,調(diào)整入射角α,使光線恰好在水和空氣的界面上發(fā)生全反射。已知水的折射率為 ,求sin α的值。(導學號51150063) 解析:當光線在水面發(fā)生全反射時有sin C=1n,當光線從左側(cè)射入時,由折射定律有sinαsin(π2-C)=n,聯(lián)立這兩式,代入數(shù)據(jù)可得sin α=73。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,二、光導纖維 1.構(gòu)造及傳播原理 光導纖維是一種透明的玻璃纖維絲,直徑只有1~100 μm,如圖所示,它是由內(nèi)芯和外套兩層組成,內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率,光由一端進入,在兩層的界面上經(jīng)過多次全反射,從另一端射出,光導纖維可以遠距離傳播光,光信號又可以轉(zhuǎn)換成電信號,進而變?yōu)槁曇簟D象。如果把許多(上萬根)光導纖維合成一束,并使兩端的纖維按嚴格相同的次序排列,就可以傳播圖象。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,2.光導纖維的折射率 設(shè)光導纖維的折射率為n,當入射角為θ1時,進入端面的折射光線傳到側(cè)面時恰好發(fā)生全反射,如圖所示,則有 由圖可知:當θ1增大時,θ2增大,而從纖維射向空氣中光線的入射角θ減小,當θ1=90時,若θ=C,則所有進入纖維中的光線都能發(fā)生全反射,即解得n= ,以上是光從纖維射向真空時得到的折射率,由于光導纖維包有外套,外套的折射率比真空的折射率大,因此折射率要比 大些。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例2】 如圖所示是兩個城市間的光纜中的一條光導纖維,光纖長為L,它的玻璃芯的折射率為n1,外層材料的折射率為n2,光在真空中的傳播速度為c。光由它的一端射入經(jīng)多次反射后從另一端射出,則( ) (導學號51150064),一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,思路分析光纖通信的原理是全反射,根據(jù)全反射規(guī)律可知n1、n2的大小關(guān)系;作出光路圖可以求出光通過的路程,再根據(jù)光在介質(zhì)中的傳播速度可求出需要的時間。 答案:C,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,如圖所示,一根長為L的直光導纖維,它的折射率為n。光從它的一個端面射入, 又從另一端面射出所需的最長時間為多少?(設(shè)光在真空中的光速為c) (導學號51150065),一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,解析:由題中的已知條件可知,要使光線從光導纖維的一端射入,然后從它的另一端全部射出,必須使光線在光導纖維中發(fā)生全反射現(xiàn)象。要使光線在光導纖維中經(jīng)歷的時間最長,就必須使光線的路徑最長,即光對光導纖維的入射角最小。光導纖維的臨界角為,