光的全反射(選修3-4)

1、導(dǎo)入新課美麗的光纖裝飾美麗的光纖裝飾美美麗麗的的光光纖纖裝裝飾飾美麗的光纖裝飾美麗的光纖裝飾美麗的光纖裝飾美麗的光纖裝飾晶瑩剔透的露珠晶瑩剔透的露珠rinsinsin在光的反射和折射現(xiàn)象中，光路都是在光的反射和折射現(xiàn)象中，光路都是可逆的可逆的。 折射定律折射定律 1.折射光線位于入射光線與法線所決定的平折射光線位于入射光線與法線所決定的平面內(nèi)，折射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè)面內(nèi)，折射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè). 2.數(shù)學(xué)表達式數(shù)學(xué)表達式:入射角的正弦與折射角的正弦入射角的正弦與折射角的正弦成正比，即成正比，即提問：折射定律的內(nèi)容是什么？提問：折射定律的內(nèi)容是什么？第第3 3節(jié)節(jié) 全反射

2、全反射掌握臨界角的概念和發(fā)生全反射的條件掌握臨界角的概念和發(fā)生全反射的條件. .教學(xué)重難點教學(xué)重點教學(xué)重點全反射的應(yīng)用，對全反射現(xiàn)象的解釋全反射的應(yīng)用，對全反射現(xiàn)象的解釋教學(xué)難點教學(xué)難點本節(jié)導(dǎo)航1.定義定義: （1）光疏介質(zhì)）光疏介質(zhì):兩種介質(zhì)中折射率較小的介質(zhì)叫兩種介質(zhì)中折射率較小的介質(zhì)叫做做光疏光疏介質(zhì)介質(zhì). （2）光密介質(zhì)）光密介質(zhì):兩種介質(zhì)中折射率較大的介質(zhì)兩種介質(zhì)中折射率較大的介質(zhì)叫做叫做光密光密介質(zhì)介質(zhì).對光疏介質(zhì)對光疏介質(zhì)n n較小較小同一頻率的光在其中傳播的同一頻率的光在其中傳播的 V V 較大較大對光密介質(zhì)對光密介質(zhì)n n較大較大同一頻率的光在其中傳播的同一頻率的光在其中傳播

3、的 V V 較小較小VCn 如何理解光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)？如何理解光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)？光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)只是相對而言的光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)只是相對而言的. .比如我和下面比如我和下面一位比身高一位比身高光從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時，光從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時，入射角入射角_折射角折射角光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，入射角入射角_折射角折射角 思考思考光進入不同介質(zhì)時的角度大小關(guān)系：光進入不同介質(zhì)時的角度大小關(guān)系： 1.光疏介質(zhì)光密介質(zhì)是相對而言的光疏介質(zhì)光密介質(zhì)是相對而言的.只有對給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)定的兩種介質(zhì)才能談光疏介質(zhì)與光密介質(zhì).沒有沒有絕

4、對的光密介質(zhì)絕對的光密介質(zhì). 2.光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)的界定是以折射率為依光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)的界定是以折射率為依據(jù)的據(jù)的,與介質(zhì)的其它屬性與介質(zhì)的其它屬性(如密度等如密度等)無關(guān)無關(guān). n n水水1.33 1.33 n n玻璃玻璃1.5-1.91.5-1.9 n n金剛石金剛石2.42 2.42 水和酒精：水和酒精： n水水1.33 n酒精酒精1.36 酒精相對于水而言是光密介質(zhì)，但酒精相對于水而言是光密介質(zhì)，但水水酒精酒精 1 1 2 2N NNNA AOOB B光疏介質(zhì)光密介質(zhì)光密介質(zhì)B B 1 1 2 2N NNNA AOO光密介質(zhì)光密介質(zhì)光疏介質(zhì)光疏介質(zhì) 逐漸增大入射角，當(dāng)入射角增大到某

5、一角逐漸增大入射角，當(dāng)入射角增大到某一角度，折射角接近度，折射角接近9090時，繼續(xù)增大入射角，這時，繼續(xù)增大入射角，這時會發(fā)生什么情況？時會發(fā)生什么情況？123123123123123123123123123123123123=900 結(jié)論結(jié)論：隨著入射角的增大，反射隨著入射角的增大，反射角、折射角都隨之增大，同時反射光的角、折射角都隨之增大，同時反射光的強度增強，折射光的強度減弱強度增強，折射光的強度減弱.當(dāng)入射當(dāng)入射角達到某一角度時折射角為角達到某一角度時折射角為900，此時，此時，在界面上只有反射光線，沒有折射光線，在界面上只有反射光線，沒有折射光線，發(fā)生了全反射，此時的入射角叫做臨界

6、發(fā)生了全反射，此時的入射角叫做臨界角，用角，用C表示表示.1. 全反射現(xiàn)象全反射現(xiàn)象 當(dāng)光從當(dāng)光從光密光密介質(zhì)進入介質(zhì)進入光疏光疏介質(zhì)時，介質(zhì)時，折射折射角大于入射角角大于入射角.當(dāng)入射角增大到某一角度時，當(dāng)入射角增大到某一角度時，折射角等于折射角等于900，此時，此時，折射光完全消失折射光完全消失入射入射光全部返回原來的介質(zhì)中，這種現(xiàn)象叫做全光全部返回原來的介質(zhì)中，這種現(xiàn)象叫做全反射反射.2. 臨界角臨界角 光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，折射角等光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，折射角等于于900時的入射角用字母時的入射角用字母 C 表示表示.臨界角是指光由臨界角是指光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，發(fā)生

7、全反射形象時光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，發(fā)生全反射形象時的最小入射角，是發(fā)生全反射的臨界狀態(tài)的最小入射角，是發(fā)生全反射的臨界狀態(tài). 當(dāng)光由當(dāng)光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時：時：若入射角若入射角 i C，則不發(fā)生全反射，既有反射，則不發(fā)生全反射，既有反射又有折射形象又有折射形象.若入射角若入射角 i C，則發(fā)生全反射形象，則發(fā)生全反射形象3.臨界角的計算臨界角的計算A.當(dāng)光由某種介質(zhì)射入真空或空氣時當(dāng)光由某種介質(zhì)射入真空或空氣時:nCCn1sin90sinarcsin0B.任意兩種介質(zhì)任意兩種介質(zhì):n密密、n疏疏疏密nnCosin90sin故臨界角故臨界角C =C =)(sin1密疏

8、nn= arcsin(= arcsin( ) )密疏nn 其中其中, n, n密密、n n疏疏分別為光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)的絕分別為光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)的絕對折射率對折射率. . n密對疏密對疏= 例：某介質(zhì)的折射率為例：某介質(zhì)的折射率為根號根號2 2，一束光從介，一束光從介質(zhì)射向空氣，入射角為質(zhì)射向空氣，入射角為6060，圖中光路圖正確，圖中光路圖正確的是（的是（ ）D （1）光從）光從光密光密介質(zhì)射向介質(zhì)射向光疏光疏介質(zhì)介質(zhì) （2）入射角）入射角大于或等于大于或等于臨界角臨界角,即即 i C以上兩個條件必須同時滿足，缺一不可以上兩個條件必須同時滿足，缺一不可 4.發(fā)生全反射的條件發(fā)生全反射的條件

9、1. 露珠露珠3.海市蜃樓海市蜃樓 中新網(wǎng)中新網(wǎng)2004年年3月月16日電日電 ，15日上午日上午11時時30分左右分左右(北京時間北京時間10時時30分分)，日本根室市職員谷，日本根室市職員谷口博之在北海道根室市口博之在北海道根室市海域的根室海峽上空，海域的根室海峽上空，觀測到了觀測到了船懸于半空的船懸于半空的海市蜃樓奇觀海市蜃樓奇觀，并將其，并將其拍攝下來。拍攝下來。 中央電視臺記者中央電視臺記者2001年年9月月12日沿著青日沿著青藏公路經(jīng)過海拔藏公路經(jīng)過海拔2675米的萬長鹽橋時，突米的萬長鹽橋時，突然看到遠處的戈壁上，然看到遠處的戈壁上，有沙丘飄浮在天空中，有沙丘飄浮在天空中，在陽光

10、和浮云的作用在陽光和浮云的作用下，沙丘不斷變幻著下，沙丘不斷變幻著顏色，沙丘的周圍是顏色，沙丘的周圍是“波光粼粼的湖水波光粼粼的湖水”，水面映出清晰的倒影。水面映出清晰的倒影。 夏天，在氣壓恒定的海面上，空氣密度夏天，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隨高度增加而減小，對光的折射率也隨之減小，從而形成一具有折射率梯度的空氣層小，從而形成一具有折射率梯度的空氣層. .當(dāng)光線通過此空氣層時，將發(fā)生偏轉(zhuǎn)當(dāng)光線通過此空氣層時，將發(fā)生偏轉(zhuǎn). . 若人在較高處，看到的蜃景是由折射形若人在較高處，看到的蜃景是由折射形成的正立虛像；成的正立虛像；若人在較低處，看到的蜃景若人在較

11、低處，看到的蜃景是由折射和全反射形成的倒立虛像是由折射和全反射形成的倒立虛像. . 海邊、沙漠蜃景的成因海邊、沙漠蜃景的成因4545454545454.全反射棱鏡全反射棱鏡5.光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維光纖通訊光纖通訊 一種利用光的全反射原理制成的能傳導(dǎo)一種利用光的全反射原理制成的能傳導(dǎo)光的玻璃絲，由內(nèi)芯和外套組成，光的玻璃絲，由內(nèi)芯和外套組成，直徑只有直徑只有幾微米到幾微米到100微米左右，內(nèi)芯的折射率大于微米左右，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率外套的折射率. 當(dāng)光線射到光導(dǎo)纖維的端面上時，光線就當(dāng)光線射到光導(dǎo)纖維的端面上時，光線就折射進入光導(dǎo)纖維內(nèi)，經(jīng)內(nèi)芯與外套的界面發(fā)折射進入光導(dǎo)纖維內(nèi)，經(jīng)內(nèi)芯與外套

12、的界面發(fā)生生多次全反射多次全反射后，從光導(dǎo)纖維的另一端面射出，后，從光導(dǎo)纖維的另一端面射出，而不從外套散逸而不從外套散逸, ,故光能損耗極小故光能損耗極小. . 1880年，美國電話發(fā)明家貝爾就已經(jīng)研究年，美國電話發(fā)明家貝爾就已經(jīng)研究并成功地發(fā)送與接收了光電話并成功地發(fā)送與接收了光電話 1881年，貝爾宣讀了一篇題為關(guān)于利用光年，貝爾宣讀了一篇題為關(guān)于利用光線進行聲音的產(chǎn)生與復(fù)制的論文，報導(dǎo)了他的線進行聲音的產(chǎn)生與復(fù)制的論文，報導(dǎo)了他的光電話裝置光電話裝置 1930年至年至1932年間，日本在東京的日本電報年間，日本在東京的日本電報公司與每日新聞社之間實現(xiàn)了公司與每日新聞社之間實現(xiàn)了3.6公里

13、的光通信，公里的光通信，但在大霧大雨天氣里效果很差但在大霧大雨天氣里效果很差. 1927年，英國的貝爾德首閃利用光全反射現(xiàn)象制年，英國的貝爾德首閃利用光全反射現(xiàn)象制成石英纖維可解析圖像成石英纖維可解析圖像 相關(guān)資料相關(guān)資料 1951年，荷蘭和英國進行柔軟纖維鏡的研制年，荷蘭和英國進行柔軟纖維鏡的研制 1970年美國康寧公司用高純石英首次研制成功耗年美國康寧公司用高純石英首次研制成功耗損率為每公里損率為每公里20分貝的套層光纖，使通信不纖研究躍分貝的套層光纖，使通信不纖研究躍進了一大步一根光纖可以傳輸進了一大步一根光纖可以傳輸150萬路電話和萬路電話和2萬套萬套電視電視. 1953年，荷蘭人范赫

14、爾把一種折射率為年，荷蘭人范赫爾把一種折射率為1.47的塑料涂在玻璃纖維上，形成比玻璃纖維芯折的塑料涂在玻璃纖維上，形成比玻璃纖維芯折射率低的套層，得到了光學(xué)絕緣的單根纖維射率低的套層，得到了光學(xué)絕緣的單根纖維 80年代末，在不到年代末，在不到10年時間內(nèi)光纜就越過大西年時間內(nèi)光纜就越過大西洋，聯(lián)結(jié)了歐洲和美洲洋，聯(lián)結(jié)了歐洲和美洲. 1993年光纜跨過太平洋，把美國、加拿大和日本年光纜跨過太平洋，把美國、加拿大和日本聯(lián)結(jié)起來聯(lián)結(jié)起來. 一、光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)一、光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)1.定義定義折射率較小的介質(zhì)叫做折射率較小的介質(zhì)叫做光疏光疏介質(zhì)介質(zhì). .折射率較大的介質(zhì)叫做折射率較大的介質(zhì)叫做光

15、密光密介質(zhì)介質(zhì). .2.理解理解相對性相對性. .以折射率為依據(jù)的，與介質(zhì)的其它屬以折射率為依據(jù)的，與介質(zhì)的其它屬性無關(guān)性無關(guān). . 課堂小結(jié)二、全反射二、全反射1.全反射現(xiàn)象全反射現(xiàn)象 當(dāng)光從當(dāng)光從光密光密介質(zhì)進入介質(zhì)進入光疏光疏介質(zhì)時，介質(zhì)時，折射角折射角大于入射角大于入射角. .當(dāng)入射角增大到某一角度時，折射當(dāng)入射角增大到某一角度時，折射角等于角等于90900 0，此時，此時，折射光完全消失折射光完全消失入射光全部入射光全部返回原來的介質(zhì)中，這種現(xiàn)象叫做全反射返回原來的介質(zhì)中，這種現(xiàn)象叫做全反射. .2.臨界角臨界角發(fā)生全反射形象時的最小入射角發(fā)生全反射形象時的最小入射角. .3.臨界角

16、的計算臨界角的計算4.發(fā)生全反射的條件發(fā)生全反射的條件: （1）光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)）光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì) （2）入射角大于或等于臨界角）入射角大于或等于臨界角,即即 i C 三、全反射的應(yīng)用三、全反射的應(yīng)用 會解釋光導(dǎo)纖維、自行車的尾燈、海邊、會解釋光導(dǎo)纖維、自行車的尾燈、海邊、沙漠的蜃景、早晨閃亮的露珠等沙漠的蜃景、早晨閃亮的露珠等 1 . 一透明塑料棒的折射率為一透明塑料棒的折射率為 n ,光線由棒的一端光線由棒的一端面射入，當(dāng)入射角面射入，當(dāng)入射角 i 在一定范圍內(nèi)變化時，光將在一定范圍內(nèi)變化時，光將全部從另一端面射出全部從另一端面射出.當(dāng)入射角為當(dāng)入射角為 i 時，光在棒時，光在棒的內(nèi)側(cè)面恰好發(fā)生全反射的內(nèi)側(cè)面恰好發(fā)生全反射.求求i的范圍的范圍.課堂練習(xí)C2由圖可知，光在左端面折射時的折射角由圖可知，光在左端面折射時的折射角 由折射定律得由折射定律得：Cirincossinsinsin故有故有：CnCni2sin1cossin11sin212nnin所以只要所以只要 光將全部從右端面