第七節(jié) 全反射

第三節(jié)全反射知識(shí)回顧何謂光的反射和折射現(xiàn)象？光的反射和折射分別遵守什么規(guī)律？反射定律：1）共面2）分居3）等角折射定律：1）共面2）分居3）一、光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)折射率小的介質(zhì)叫光疏介質(zhì)。折射率大的介質(zhì)叫光密介質(zhì)。注意：1、光疏和光密介質(zhì)是相對的。因?yàn)檎凵渎实拇笮∈窍鄬Φ?。介質(zhì)空氣水酒精金剛石折射率1.000281.331.362.422、不能理解為介質(zhì)密度。如水和酒精..光疏介質(zhì)光密介質(zhì)i思考：光進(jìn)入不同介質(zhì)時(shí)的角度大小關(guān)系：NN'AOB光疏介質(zhì)光密介質(zhì)ir光從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)NN'OBA光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)r逐漸增大入射角，當(dāng)入射角增大到某一角度，折射角接近90°時(shí)，繼續(xù)增大入射角，這時(shí)會(huì)發(fā)生什么情況？實(shí)驗(yàn)θ1θ2NN'AOB光疏介質(zhì)光密介質(zhì)Bθ1θ2NN'AO光密介質(zhì)光疏介質(zhì)思考：光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)光密介質(zhì)光疏介質(zhì)v小v大實(shí)驗(yàn)探究隨著入射角的增大，反射光和折射光的能量如何變化．當(dāng)入射角增大到某一值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象．全反射試驗(yàn)光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，隨著入射角的增大，當(dāng)折射角增大到90°時(shí)，折射光線完全消失，只剩下反射光線，這種現(xiàn)象叫做全反射．二、全反射N1、現(xiàn)象真空介質(zhì)C真空介質(zhì)大于C光從介質(zhì)射入真空時(shí)真空介質(zhì)臨界角C當(dāng)光恰好發(fā)生全反射現(xiàn)象時(shí)的入射角叫介質(zhì)的臨界角。θ2θ1證明：令θ1=C則θ2=900n=sinθ2sinθ1=sin900sinC=1sinC∴C=arcsin

1n例1、證明折射率為n介質(zhì)的臨界角為：C=arcsin

1n常見物質(zhì)的臨界角：水：48.8o玻璃：32o-42o

金剛石：24.4o2、全反射的條件：①光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)②入射角等于或大于臨界角CO光密介質(zhì)NN'AC光疏介質(zhì)CC900全反射思考：發(fā)生全反射所需條件？水中看世界全反射的舉例——水里的魚魚眼里的世界魚眼里的世界例2、在水中的魚看來，水面上和岸上所有的景物都出現(xiàn)在頂角為97.60的倒立圓錐里，為什么？C=arcsin

1n解：=arcsin

11.33=48.80θ=97.60Cθ

=2C=2×48.80=97.60練習(xí)、水面下1ｍ處有一燈泡在發(fā)光．在水面上放一木板，要求板能擋住所有射出水面的光，求該木板的最小面積．水折射率為4/3CChR解：sinC=1n34=原因：光從水或玻璃射向氣泡時(shí)，一部分光在分界面上發(fā)生了全反射。三、生活中的全反射現(xiàn)象?α1.為什么水中的氣泡，看起來特別明亮？草葉上露珠也特別明亮，又為什么？露珠2、海市蜃樓中新網(wǎng)2004年3月16日電，15日上午11時(shí)30分左右(北京時(shí)間10時(shí)30分)，日本根室市職員谷口博之在北海道根室市海域的根室海峽上空，觀測到了船懸于半空的海市蜃樓奇觀，并將其拍攝下來。三、生活中的全反射現(xiàn)象大氣中的光現(xiàn)象——海市蜃樓（海面）解釋：海面上下層空氣溫度低，密度大，折射率大，上層空氣溫度高，密度小，折射率小，遠(yuǎn)方物體發(fā)出的光線向空中入射時(shí)不斷折射彎曲，到某高度時(shí)發(fā)生全反射，再射會(huì)地面，觀察者感覺這光線來自空中。正立虛象中央電視臺(tái)記者2001年9月12日沿著青藏公路經(jīng)過海拔2675米的萬長鹽橋時(shí)，突然看到遠(yuǎn)處的戈壁上，有沙丘飄浮在天空中，在陽光和浮云的作用下，沙丘不斷變幻著顏色，沙丘的周圍是“波光粼粼的湖水”，水面映出清晰的倒影。大氣中的光現(xiàn)象——沙漠蜃景（沙漠或馬路）解釋：貼近地面空氣溫度高，密度小，折射率小，上層空氣溫度低，密度大，折射率大。遠(yuǎn)方物體發(fā)出的有些光線向地面入射時(shí)不斷折射彎曲，到地面附近時(shí)發(fā)生全反射，再折向上射向遠(yuǎn)處空中，觀察者感覺這光線來自地下。倒立虛象四、全反射棱鏡：45

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1、結(jié)構(gòu)：橫截面為等腰直角三角形的玻璃棱鏡2、兩種用法：A、原理：利用全反射原理B、作用：改變光路C、優(yōu)越性：反光率高,接近達(dá)到100%，成像失真小.D、應(yīng)用：精密昂貴的光學(xué)儀器中，比方說顯微鏡，單反相機(jī)，潛望鏡，望遠(yuǎn)鏡,自行車尾燈等……I1I2I3O

物體分析全反射反射成像時(shí)與平面鏡對比的優(yōu)越性潛望鏡1、光導(dǎo)纖維：全反射的更多應(yīng)用光導(dǎo)纖維1）、結(jié)構(gòu)：雙層介質(zhì)：內(nèi)芯為光密介質(zhì)，外套為光疏介質(zhì)。2）、原理：在兩介質(zhì)界面上多次發(fā)生全反射。3）、用途：光纖通信、內(nèi)窺鏡等。模擬A、原理：利用全反射原理（思考光纖內(nèi)外層折射率的差別）B、作用：傳輸光、圖象或者其他信息C、優(yōu)越性：光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)是容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng)．D、應(yīng)用：光纖通信，醫(yī)學(xué)及工業(yè)內(nèi)窺鏡，飾品等……光導(dǎo)纖維在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用:內(nèi)窺鏡2、珠寶的鑒賞（

玻璃：320-420

金剛石：24.40）全反射的更多應(yīng)用本節(jié)小結(jié)：1、光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)的理解。2、全反射的定義。3、臨界角的定義與計(jì)算。4、全反射的條件及判斷。5、全反射的應(yīng)用。重要提示在運(yùn)用光的折射定律作光路圖解決實(shí)際問題時(shí),首先要確定臨界角,看是否會(huì)發(fā)生全發(fā)射,在確定未發(fā)生全反射的情況下,再根據(jù)折射定律確定入射角或折射角.［思考］:請大家思考生活當(dāng)中下列現(xiàn)象與全反射現(xiàn)象有什么關(guān)系?例3、光導(dǎo)纖維的折射率為ｎ＝1.732，長度為L=1m，光束以600的入射角從纖維左端射入，最后從右端射出，求光穿越光纖至少需多少時(shí)間。解：做輔助線如圖，可知光走的折線總長等于OP長Sirn=sinisinr→1.732=sin600sinr→r=300→t=SC/n=6.7×10-9（s）→S=Lcos300=332OPS例4、

：下圖表示光線射到水中的氣泡的示意圖。其中一定錯(cuò)誤的有：ABCD答：A、B提示：作出法線（過圓心），比較入射角與折射角例5、半圓形玻璃磚對不同色光的折射率為1.5——1.55之間，白光最初沿與豎直方向成300角向上射入玻璃磚，并剛好過圓心O，后以O(shè)為軸逐漸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則OA、天花板上有7種不同色光，紅光在最左邊B、光線轉(zhuǎn)動(dòng)，天花板上的紅光最先消失C、光線轉(zhuǎn)動(dòng)，天花板上的紫光最先消失D、光線轉(zhuǎn)動(dòng)，天花板上的色光都不消失答：CoC練1：一束白光最初照射到三棱鏡左表面，并從水平位置開始以O(shè)為軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。以下判斷正確的有：A、一定有7種不同色光從右表面射出，紅光在最下邊B、隨著轉(zhuǎn)動(dòng)角度增大，紫光將最先不能從右表面射出C、隨著轉(zhuǎn)動(dòng)角度增大，紅光將最先不能從右表面射出D、隨著轉(zhuǎn)動(dòng)角度增大，各色光從玻璃磚射出點(diǎn)的間距不斷增大答：B、DO模擬練2：一白光線照射到平板玻璃磚的上表面，并從圖中位置開始順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。以下判斷正確的有：A、一定有7種不同色光從下表面射出，紅光在最左邊B、隨著轉(zhuǎn)動(dòng)角度增大，紫光將最先不能從下表面射出C、隨著轉(zhuǎn)動(dòng)角度增大，各色光從玻璃磚射出點(diǎn)的間距不斷增大D、從下表面射出的不同色光將相互平行O答：A、C、DO練3、角B為600，角C為900的四棱柱鏡的折射率為2.4，白光線從O點(diǎn)垂直AB面射入棱鏡中。（1）畫出光路圖，確定出射光線（每個(gè)面的反射光線和折射光線都不能或略）．AOBCD解：全反射臨界角為1C=arcsin2.4＜300因此在CD與BC邊都發(fā)生全反射。注意：CD與BC邊相當(dāng)于兩個(gè)相互垂直的平面鏡，可知出射光與入射光應(yīng)平行。（２）若光線以Ｏ為軸順時(shí)針轉(zhuǎn)過一小角度，分析出射光有何特點(diǎn)（提示：考慮色散現(xiàn)象）解：CD與BC邊相當(dāng)于兩個(gè)相互垂直的平面鏡，可知OE應(yīng)與GF平行，故出射光仍與入射光平行。AOBCDEFG考慮到色散，作圖可知出射光為7種單色光，從上向下依次為：紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫。

分析問題時(shí)一定要根據(jù)發(fā)生全反射的兩個(gè)條件去判斷！鞏固練習(xí)1、已知n紅<n黃<n綠，紅、黃、綠三種單色光以相同的入射角從介質(zhì)射向空氣。若黃光在界面上恰好發(fā)生全反射，則：A、紅光一定能發(fā)生全反射；B、綠光一定能發(fā)生