高二物理全反射

1、（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 1、定義、定義: 兩種介質(zhì)中折射率較小的介質(zhì)叫做兩種介質(zhì)中折射率較小的介質(zhì)叫做光疏介質(zhì)光疏介質(zhì). .兩種介質(zhì)中折射率較大的介質(zhì)叫做兩種介質(zhì)中折射率較大的介質(zhì)叫做光密介質(zhì)光密介質(zhì). .對(duì)光疏介質(zhì)對(duì)光疏介質(zhì) n n較小較小 同一頻率的光在其中同一頻率的光在其中傳播的傳播的V V較大；較大；對(duì)光密介質(zhì)對(duì)光密介質(zhì) n n較大較大 同一頻率的光在其中同一頻率的光在其中傳播的傳播的V V較小。較小。1)1)、光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)是相對(duì)而言的。沒(méi)有、光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)是相對(duì)而言的。沒(méi)有絕對(duì)的光密介質(zhì)絕對(duì)的光密介質(zhì). .例如：水、玻璃和金剛石三種介質(zhì)比較，例如

2、：水、玻璃和金剛石三種介質(zhì)比較，n n水水1.33 n1.33 n玻璃玻璃1.51.51.9 n1.9 n金剛石金剛石2.422.42。 對(duì)水而言，玻璃是光密介質(zhì)；但對(duì)金剛石對(duì)水而言，玻璃是光密介質(zhì)；但對(duì)金剛石而言，玻璃則是光疏介質(zhì)。而言，玻璃則是光疏介質(zhì)。 2)2)、光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)的界定是以折射率為、光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)的界定是以折射率為依據(jù)的依據(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(wú)關(guān)無(wú)關(guān). . 例如：水和酒精，例如：水和酒精，n n水水1.331.33n n酒精酒精1.361.36， 酒精相對(duì)于水是光密介質(zhì)，但酒精相對(duì)于水是光密介質(zhì)，但 水水 酒精酒精。

3、2 2、注意點(diǎn)、注意點(diǎn): :N NNNA AOOB B光疏介質(zhì)光疏介質(zhì)光密介質(zhì)光密介質(zhì)ir光從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)光從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)ri光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì) r iiN NNNA AOOB B光疏介質(zhì)光疏介質(zhì)光密介質(zhì)光密介質(zhì)r思考思考1 1： 光進(jìn)入疏、密不同介質(zhì)時(shí)的角度大小關(guān)系？光進(jìn)入疏、密不同介質(zhì)時(shí)的角度大小關(guān)系？思考思考2 2： 光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，逐漸增大入射角，當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí)，折射角接近90，繼續(xù)增大入射角，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？ 1 1 2 2N NNNA AOOB B光疏介質(zhì)光密介質(zhì)B B 1 1 2 2N NNNA AOO光密介質(zhì)光

4、疏介質(zhì)( (二二) )全反射全反射: :1 1、概念：、概念： 光從光密光從光密介介質(zhì)進(jìn)入光疏質(zhì)進(jìn)入光疏介介質(zhì)時(shí)質(zhì)時(shí),當(dāng)入射角增大到當(dāng)入射角增大到某一角度某一角度使使折射角等于折射角等于90900 0, ,此時(shí)此時(shí), ,折射光折射光完全消失完全消失, ,入射光全部反入射光全部反回原來(lái)的回原來(lái)的介介質(zhì)中質(zhì)中, ,這種現(xiàn)象叫做全反射這種現(xiàn)象叫做全反射. .（P P6969）2 2、臨界角、臨界角: :1)1)、定義、定義: :光從光密介質(zhì)射向光疏光從光密介質(zhì)射向光疏介介質(zhì)時(shí)質(zhì)時(shí), ,折射折射角等于角等于90900 0時(shí)的入射角時(shí)的入射角, ,叫做臨界角叫做臨界角. .用字母用字母C C表示表示.

5、. 臨界角是指光由光密介質(zhì)射向光疏臨界角是指光由光密介質(zhì)射向光疏介介質(zhì)時(shí)質(zhì)時(shí), ,發(fā)生全發(fā)生全反射現(xiàn)象時(shí)的最小入射角反射現(xiàn)象時(shí)的最小入射角, ,是發(fā)生全反射的臨界狀態(tài)是發(fā)生全反射的臨界狀態(tài). .當(dāng)光由當(dāng)光由光密光密介質(zhì)射入介質(zhì)射入光疏光疏介質(zhì)時(shí)介質(zhì)時(shí): :若入射角若入射角iC,則不發(fā)生全反射則不發(fā)生全反射,既有反射又有折既有反射又有折射現(xiàn)象射現(xiàn)象.若入射角若入射角iC, ,則發(fā)生全反射現(xiàn)象則發(fā)生全反射現(xiàn)象. .當(dāng)光由某種介質(zhì)射入真空或空氣時(shí)當(dāng)光由某種介質(zhì)射入真空或空氣時(shí): :Cnsin90sin0=nC1arcsin=2)2)、臨界角的計(jì)算、臨界角的計(jì)算: : 嘗試過(guò)在游泳課的時(shí)候嘗試過(guò)在游泳

6、課的時(shí)候潛入水中看岸上的景物嗎潛入水中看岸上的景物嗎? ?你會(huì)發(fā)你會(huì)發(fā)現(xiàn)水面上的所有景物，都出現(xiàn)在現(xiàn)水面上的所有景物，都出現(xiàn)在一個(gè)倒立圓錐里，為什么？一個(gè)倒立圓錐里，為什么？接近900接近900cc cc例題：例題： 解：由臨界角公式解：由臨界角公式SinCSinC=1/n=1/n和和水的率水的率n=1.33n=1.33，可求得臨界角，可求得臨界角CC：SinCSinC= C=arcsinC=arcsin設(shè)圓錐的頂角為設(shè)圓錐的頂角為 ，則有，則有=2C=97.6=2C=97.60 0=48.8=48.80 0 1. 1. 某玻璃的臨界角為某玻璃的臨界角為4242，當(dāng)在玻璃中的，當(dāng)在玻璃中的某一

7、光線(xiàn)射到玻璃與空氣的分界面時(shí)，若入射某一光線(xiàn)射到玻璃與空氣的分界面時(shí)，若入射角略小于臨界角，則光線(xiàn)在空氣中的折射角應(yīng)角略小于臨界角，則光線(xiàn)在空氣中的折射角應(yīng)為為 ( )( ) A. A.小于小于4242 B. B.小于小于6060 C. C.小于小于9090 D. D.無(wú)折射光線(xiàn)無(wú)折射光線(xiàn)C C練習(xí)練習(xí): : 2. 2. 一束光從空氣射向折射率為一束光從空氣射向折射率為n= n= 的某的某種玻璃的表面，如圖所示，種玻璃的表面，如圖所示，i代表入射角，則代表入射角，則( )( )2BCDBCDA.A.當(dāng)當(dāng)i4545時(shí)會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象時(shí)會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象B.B.無(wú)論入射角是多大，折射角都不會(huì)超無(wú)論入

8、射角是多大，折射角都不會(huì)超4545C.C.欲使折射角欲使折射角 =30 =30應(yīng)以應(yīng)以i=45=45的角度入射的角度入射D.D.當(dāng)入射角當(dāng)入射角i=arctan=arctan 時(shí)，反射光線(xiàn)跟折時(shí)，反射光線(xiàn)跟折射光線(xiàn)恰好互相垂直射光線(xiàn)恰好互相垂直2( (三三) )全反射的應(yīng)用全反射的應(yīng)用1 1、全反射棱鏡、全反射棱鏡1、光線(xiàn)由、光線(xiàn)由AB面垂直入射，在面垂直入射，在AC面發(fā)生全反射，垂直由面發(fā)生全反射，垂直由BC面出面出射射橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡2、光線(xiàn)由、光線(xiàn)由AC面垂直入射，在面垂直入射，在AB、 BC面發(fā)生兩次全反射，垂直由面發(fā)生兩

9、次全反射，垂直由AC面出射面出射光路變化光路變化90 90 光路變化光路變化180 180 全反射棱鏡典型應(yīng)用全反射棱鏡典型應(yīng)用一般的平面鏡都是在玻璃的后面鍍銀，我們?cè)谝郧耙话愕钠矫骁R都是在玻璃的后面鍍銀，我們?cè)谝郧坝懻撈矫骁R成像都只考慮這個(gè)銀面的反射，實(shí)際上由于平討論平面鏡成像都只考慮這個(gè)銀面的反射，實(shí)際上由于平面鏡玻璃的前表面對(duì)光線(xiàn)的反射，形成多個(gè)虛像，其中第面鏡玻璃的前表面對(duì)光線(xiàn)的反射，形成多個(gè)虛像，其中第一次被玻璃前表面反射而形成的虛像一次被玻璃前表面反射而形成的虛像S S 對(duì)對(duì)S S 的干擾最大的干擾最大平面鏡玻璃的前表面平面鏡玻璃的前表面平面鏡玻璃的后表面平面鏡玻璃的后表面平面鏡成

10、像的缺陷平面鏡成像的缺陷反光率高，接近反光率高，接近100%100%，成像失真小。，成像失真小。應(yīng)用：精密昂貴的光學(xué)儀器中，比如顯微鏡，單反相機(jī)，潛望鏡，望遠(yuǎn)鏡全反射棱鏡的優(yōu)點(diǎn)全反射棱鏡的優(yōu)點(diǎn)( (三三) )全反射的應(yīng)用全反射的應(yīng)用2 2、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)光的玻璃絲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)芯和外套組成由內(nèi)芯和外套組成, ,直徑只有幾微米到直徑只有幾微米到100100微米左右微米左右, ,內(nèi)內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率芯的折射率大于外套的折射率. .當(dāng)光線(xiàn)射到光導(dǎo)纖維的當(dāng)光線(xiàn)射到光導(dǎo)纖維的端面上時(shí)端面上時(shí), ,光

11、線(xiàn)就折射進(jìn)入光導(dǎo)纖維內(nèi)光線(xiàn)就折射進(jìn)入光導(dǎo)纖維內(nèi), ,經(jīng)內(nèi)芯與外套經(jīng)內(nèi)芯與外套的界面發(fā)生多次全反射后的界面發(fā)生多次全反射后從光導(dǎo)纖維的另一端面射從光導(dǎo)纖維的另一端面射出出, ,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. . 利用光纖可實(shí)現(xiàn)光纖通信，光纖通信的主要利用光纖可實(shí)現(xiàn)光纖通信，光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)是容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng)優(yōu)點(diǎn)是容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng). . 利用光導(dǎo)纖維可以彎曲傳光、傳像，可制作利用光導(dǎo)纖維可以彎曲傳光、傳像，可制作各種潛望鏡，醫(yī)用內(nèi)窺鏡等各種潛望鏡，醫(yī)用內(nèi)窺鏡等. .。內(nèi)窺鏡的結(jié)構(gòu)內(nèi)窺鏡的結(jié)構(gòu) 光導(dǎo)纖維在光導(dǎo)纖維在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 光導(dǎo)

12、纖維的用途很大，醫(yī)學(xué)上將其制成內(nèi)窺鏡，光導(dǎo)纖維的用途很大，醫(yī)學(xué)上將其制成內(nèi)窺鏡，用來(lái)檢查人體內(nèi)臟的內(nèi)部。用來(lái)檢查人體內(nèi)臟的內(nèi)部。（1 1）水或玻璃中的氣泡看上去特別明亮）水或玻璃中的氣泡看上去特別明亮 水或玻璃中的氣泡是光疏介質(zhì)，光經(jīng)水或玻璃照水或玻璃中的氣泡是光疏介質(zhì)，光經(jīng)水或玻璃照射氣泡時(shí)，一部分光會(huì)發(fā)生全反射，有更多的光反射射氣泡時(shí)，一部分光會(huì)發(fā)生全反射，有更多的光反射到人的眼睛中，人眼感覺(jué)會(huì)特別明亮。到人的眼睛中，人眼感覺(jué)會(huì)特別明亮。 （2 2）在炎熱的夏天，我們有時(shí)會(huì)看到遠(yuǎn)處）在炎熱的夏天，我們有時(shí)會(huì)看到遠(yuǎn)處柏油馬路上顯得特別明亮柏油馬路上顯得特別明亮 因?yàn)橘N近熱路面附近的空氣層稀薄

13、，比上層空因?yàn)橘N近熱路面附近的空氣層稀薄，比上層空氣的折射率小，從遠(yuǎn)處物體射向路面的光線(xiàn)，也可氣的折射率小，從遠(yuǎn)處物體射向路面的光線(xiàn)，也可能發(fā)生全反射，遠(yuǎn)遠(yuǎn)看上去，路面顯得特別明亮，能發(fā)生全反射，遠(yuǎn)遠(yuǎn)看上去，路面顯得特別明亮，就像用水淋過(guò)一樣。就像用水淋過(guò)一樣。常見(jiàn)的全反射現(xiàn)象：常見(jiàn)的全反射現(xiàn)象： 夏天，在氣壓恒定的海面上，空氣密度隨高度增夏天，在氣壓恒定的海面上，空氣密度隨高度增加而減小，對(duì)光的折射率也隨之減小。從而形成一具加而減小，對(duì)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。當(dāng)光線(xiàn)通過(guò)此空氣層時(shí)，將有折射率梯度的空氣層。當(dāng)光線(xiàn)通過(guò)此空氣層時(shí)，將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。如圖所示，設(shè)一束從遠(yuǎn)處

14、景物發(fā)生偏轉(zhuǎn)。如圖所示，設(shè)一束從遠(yuǎn)處景物A A發(fā)出的光發(fā)出的光線(xiàn)線(xiàn)a以入射角以入射角i由折射率為由折射率為n n處射入空氣層。處射入空氣層。 當(dāng)當(dāng)n, i一定時(shí)，從下層空氣進(jìn)入一定時(shí)，從下層空氣進(jìn)入上層空氣的入射角不斷增大，當(dāng)增上層空氣的入射角不斷增大，當(dāng)增大到由某兩層空氣的折射率決定的大到由某兩層空氣的折射率決定的臨界角時(shí)，就會(huì)全反射。臨界角時(shí)，就會(huì)全反射。(3)(3)蜃景的成因和規(guī)律蜃景的成因和規(guī)律 人在人在C C處逆著處逆著C C光線(xiàn)看，可看到經(jīng)全反射形成光線(xiàn)看，可看到經(jīng)全反射形成的倒立虛像；在的倒立虛像；在B B處逆著處逆著a光線(xiàn)看，也可看到經(jīng)光線(xiàn)看，也可看到經(jīng)折射形成的正立虛像。折射

15、形成的正立虛像。 總之，若人在較高處，看到的總之，若人在較高處，看到的蜃景是由折射形成的正立虛像；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。折射和全反射形成的倒立虛像。* *(4)(4)太陽(yáng)光投射到小水滴上太陽(yáng)光投射到小水滴上, ,產(chǎn)生色散現(xiàn)象產(chǎn)生色散現(xiàn)象. . 紅光和紫光相比（紅光和紫光相比（ ）A 在真空中傳播時(shí)，紫光的速度比較大在真空中傳播時(shí)，紫光的速度比較大B 在玻璃中傳播時(shí)，紅光的速度比較大在玻璃中傳播時(shí)，紅光的速度比較大C 玻璃對(duì)紅光的折射率較紫光大玻璃對(duì)紅光的折射率較紫光大D 從玻璃到空氣的界面上，紅光的臨界角較紫從玻璃到空氣的界面上，紅光的臨界角較紫光大光大B D練習(xí)練習(xí): :2.如圖所示，一束白光以較大如圖所示，一束白光以較大的入射角射到三棱鏡的一側(cè)面上，的入射角射到三棱鏡的一側(cè)面上，從三棱鏡的另一側(cè)面射出，在屏從三棱鏡的另一側(cè)面射出，在屏上形成從紅到紫的彩色光帶上形成