光全反射臨界角.doc

課題：光的全反射 臨界角教學目標 一、知識目標：1、了解光的全反射現(xiàn)象及全反射的應(yīng)用； 2、理解臨界角的意義及發(fā)生全反射的條件。二、能力目標：會根據(jù)發(fā)生全反射的條件判斷光在兩種介質(zhì)界面能否發(fā)生全反射，并會計算臨界角。現(xiàn)象三、素質(zhì)目標：通過學習全反射現(xiàn)象的應(yīng)用，培養(yǎng)學生把理論知識和生產(chǎn)技術(shù)相結(jié)合的能力。教學重點臨界角的意義，臨界角的計算。難點分析光在兩種介質(zhì)界面能否發(fā)生全反射的判斷及全反射的光路圖。分析學生全反射是學生以前沒有接觸過的知識。弄不清根據(jù)兩種介質(zhì)折射率大小的比較，判斷發(fā)生全反射的方向。教學設(shè)計思路因?qū)W生以前沒有接觸過全反射知識，所以要復習光疏、光密介質(zhì)的意義，并根據(jù)公式n1sin =n2sin 說明光線由光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)時，折射角大于入射角，引入課題。再通過演示實驗分析發(fā)生全反射的條件，總結(jié)出全反射規(guī)律。教學資源實驗儀器：激光器、光具盤。參考資料：蜃景的成因和規(guī)律夏天，在氣壓恒定的海面上，空氣密度隨高度增加而減小，對光的折射率也隨之減小從而形成具有折射率梯度的空氣層。當光線通過此空氣層時，將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。如圖所示，設(shè)一束從遠處景物A發(fā)出的光線a以入射角由折射率為n處射入空氣層。由折射定律有：nsin=n1sin1 (1)n1sin1=n2sin2 (2)聯(lián)立（1）、（2）式可得：nsin=n2sin2依此類推：nsin=nisini, ABCnn1ni可見，當n、一定時，從下層空氣進入上層空氣的入射角不斷增大，當入射角增大到等于由某兩層（ni層和ni+1層）空氣的折射率決定的臨界角時，就會發(fā)生全反射。人在C處逆著C光線看，可看到經(jīng)全反射形成的倒立虛像；在B處逆著b光線看，也可看到經(jīng)折射形成的正立虛像?？傊?。若人在較高處，看到的蜃景是由折射形成的正立虛像；若人在較低處，看到的蜃景是由折射和全反射形成的倒立虛像。 圖1 蜃景的成因課時安排1課時教學過程導入新課：復習提問：什么是光疏介質(zhì)？什么是光密介質(zhì)？答：1、光疏介質(zhì):兩種介質(zhì)中折射率較小的介質(zhì)叫做光疏介質(zhì)。2、光密介質(zhì):兩種介質(zhì)中折射率較大的介質(zhì)叫做光密介質(zhì)。速大角大為光疏，速小角小為光密。師:1、光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是相對而言的。只有對給定的兩種介質(zhì)才能談光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)。沒有絕對的光密介質(zhì)。例如：水、玻璃和金剛石三種介質(zhì)比較，n水1.33 n玻璃1.5 n金剛石2.42。 對水而言，玻璃是光密介質(zhì)；但對金剛石而言，玻璃則是光疏介質(zhì)。2、光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)的界定一般是以折射率為依據(jù)的,與介質(zhì)的其它屬性(如密度等)無關(guān)。例如：水和酒精，n水1.33n酒精1.36，酒精相對于水而言是光密介質(zhì)，但水酒。根據(jù)折射定律公式：n1sin =n2sin，我們可以得出光在折射率大的介質(zhì)中，光線與法線的夾角小，在折射率小的介質(zhì)中，光線與法線的夾角大。當光由折射率大的光密介質(zhì)射入折射率小的光疏介質(zhì)時，折射角大于入射角，由此可以預料，當入射角增大到一定程度時，折射角就會增大到90。如果入射角再增大，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？請看實驗。新課教學：演示實驗：讓光線沿著半圓形玻璃磚的半徑射向半圓面上，在半圓面上的入射角為零，光線沿直線射向圓心，在半圓玻璃磚和空氣的平面界面上發(fā)生反射、折射。轉(zhuǎn)動光具盤，讓入射角逐漸增大，我們看到折射角也隨著增大，而且折射角總是大于入射角。我們還發(fā)現(xiàn)：當入射角逐漸增大時，反射光線也逐漸增強，折射光線逐漸減弱。當入射角增大到某一角度時，折射角接近90，折射光線幾乎沿界面前進，而且很微弱。反射光線凡乎和入射光線一樣明亮，如果再增大入射角，就看不到折射光線了，只能看到玻璃中的折射光線。即光線全部被反射到玻璃中。入射光線在介質(zhì)分界面上被全部反射的現(xiàn)象，叫做全反射。折射角等于90時的入射角稱為臨界角。一、光的全反射1、光的全反射：入射光線在介質(zhì)分界面上被全部反射的現(xiàn)象，叫做光的全反射。O0空氣n2玻璃n12、臨界角；折射角等于90時的入射角稱為臨界角。由以上討論可見，發(fā)生全反射必須具備兩個條件：3、發(fā)生全反射的條件：(1)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；(2)入射角大于臨界角。怎樣求出臨界角呢？二、臨界角計算公式根據(jù)臨界角的定義，可以求出光從折射率為n1的光密介質(zhì)進入折射率為n2的光疏介質(zhì)時的臨界角。設(shè)入射角為0時，折射角為90，如圖所示，由折射定律可得所以由上式可見，光疏介質(zhì)的折射率n2越小，光密介質(zhì)的折射率n1越大，發(fā)生全反射的臨界角越小，即越容易發(fā)生全反射。由上式計算出0的正弦值后，查三角函數(shù)表得0值，或從計算器上查得0值。當光從折射率為n的某種介質(zhì)射入真空（空氣）時，臨界角計算公式為表1-2幾種物質(zhì)對真空(空氣)的臨界角物質(zhì)（固體）臨界角物質(zhì)（液體）臨界角金 剛 石24.4甘 油42.9二硫化碳38.1酒 精47.3玻 璃30-42水48.6全反射在技術(shù)上應(yīng)用很廣，例如用全反射棱鏡可制造潛望鏡；利用光導纖維傳光、傳像等.下面我們對光導纖維的構(gòu)造原理和應(yīng)用作簡略的介紹。三、光導纖維光導纖維的直徑比頭發(fā)絲還細，它由芯線和包層組成，芯線比包層材料的折射率大得多。一般通信光纖的直徑約5m10m，芯線的折射率約為1.8，包層材料的折射率約為1.4。1、光導纖維的結(jié)構(gòu)：由芯線和包層組成，芯線比包層材料的折射率大得多。當光在芯線中傳播時，在芯線和包層界面上發(fā)生全反射，使光在彎曲的光導纖維內(nèi)經(jīng)多次全反射而傳到另一端，如圖所示。2、光導纖維的作用：利用全反射使光沿著彎曲的路經(jīng)傳播。如果把許多有序排列的光導纖維聚集成束，就可以用來傳遞圖像(圖1-9)。工業(yè)和醫(yī)學上用光導纖維束制成的內(nèi)窺鏡，可以對機械或人體內(nèi)部進行檢查和診斷。目前光導纖維在國防、通信和自動控制等許多領(lǐng)域里得到日益廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)各大城市及西南、西北等邊遠地區(qū)都已敷設(shè)了光纖通信線路。3、光導纖維的應(yīng)用：光纖通信、傳遞圖像內(nèi)窺鏡、光纖輸電。光纖輸電 近年來，人們已開始研究用光纖傳送電能的問題。這是因為用光纖傳輸電能相對于傳統(tǒng)的用金屬導線輸電，不僅能大大降低電網(wǎng)的造價，還具有安全可靠、節(jié)約有色金屬和延長電網(wǎng)使用周期等獨特的優(yōu)點。目前，美國拉里安公司在用光纖輸電方面取得突破性成就，原因在于他們對光纖輸電中兩個難點的突破：(1)在光纖輸電的發(fā)送端，該公司用激光二極管使電能轉(zhuǎn)化為光能的問題得到解決；(2)在接收端，解決了光能還原為電能的問題。當然，用光纖輸電的課題目前僅僅是開始，在科技迅速發(fā)展的今天，相信光纖輸電將會在不遠的將來投入工業(yè)使用。例題 已知玻璃的折射率為1.52，水的折射率為1.33，問光線從哪個方向射入，可在玻璃和水的交界面上發(fā)生全反射？它的臨界角是多大？解 已知：ng=1.52，