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1、二、光的全反射二、光的全反射第四章 光的折射与全反射福州亭江中学 傅志挺物理选修3-4生活中有很多跟光有关的有趣的自然现象比较不容易看到的有:海市蜃楼视频.wmv沙漠海市蜃楼.rm比较容易看到的有:路面全反射.mpg水珠.mpg实验实验实验1：一束激光从空气射向半圆形玻璃砖的直角边：一束激光从空气射向半圆形玻璃砖的直角边A的圆心的圆心O。思考:两者有何异同点?实验实验2：一束激光从空气射向半圆形玻璃砖的半圆面。：一束激光从空气射向半圆形玻璃砖的半圆面。玻璃全反射.mpg不同点：光从空气玻璃，入射角折射角；光从玻璃空气，入射角折射角光从空气玻璃，同时存在反射光和折射光；光从玻璃空气，当入射角达到
2、某个角度时折射角达到90，折射光线消失 相同点：相同点：入射角增大，反射角增大，折射角也入射角增大，反射角增大，折射角也 增大；增大；入射角增大，反射光强度增加，折射光强度减弱；入射角增大，反射光强度增加，折射光强度减弱；在半圆形界面，光的入射角皆为零度，光不偏离直在半圆形界面，光的入射角皆为零度，光不偏离直 线传播；而在直径线传播；而在直径AB的分界面，光偏离原直线传播。的分界面，光偏离原直线传播。光由一种透明介质射到另一透明介质,光线不发生折射，而全部返回到原介质中的传播现象叫全反射现象全反射现象全反射现象全反射现象:问问:是否只有玻璃才能发生全反射呢是否只有玻璃才能发生全反射呢?水全反射
3、.rm从以上的实验中,我们可以得到什么结论呢?什么情况下发生了全反射?1 光从玻璃(或水)介质到空气2 入射角要大于某个值 我们现在研究当光从玻璃介质斜射入空气的过我们现在研究当光从玻璃介质斜射入空气的过我们现在研究当光从玻璃介质斜射入空气的过我们现在研究当光从玻璃介质斜射入空气的过程程程程,通过前面的学习我们知道光由玻璃介质斜射入通过前面的学习我们知道光由玻璃介质斜射入通过前面的学习我们知道光由玻璃介质斜射入通过前面的学习我们知道光由玻璃介质斜射入空气时，折射角大于入射角，由此可以预料，当入空气时，折射角大于入射角，由此可以预料，当入空气时，折射角大于入射角，由此可以预料，当入空气时，折射角
4、大于入射角，由此可以预料，当入射角增大到一定程度时，折射角就会增大到射角增大到一定程度时，折射角就会增大到射角增大到一定程度时，折射角就会增大到射角增大到一定程度时，折射角就会增大到9090909012介质NNAOB空气12介质NNAOB空气折射角折射角折射角折射角 2 2 2 2 为为为为90909090时，会发生什么情况？时，会发生什么情况？时，会发生什么情况？时，会发生什么情况？光由玻璃介质射入空气时，同时发生反射和折射，光由玻璃介质射入空气时，同时发生反射和折射，折射角大于入射角，随着入射角的增大，反射光线越折射角大于入射角，随着入射角的增大，反射光线越来越强，折射光线越来越弱，当折射
5、角增大到来越强，折射光线越来越弱，当折射角增大到9090时，时，折射光线完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫做折射光线完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫做全反射全反射折射角折射角折射角折射角 2 2 2 2 为为为为90909090时，发生时，发生时，发生时，发生全反射全反射全反射全反射现象现象现象现象13介质NNAOC空气12介质NNAOB空气3C全反射全反射13玻璃介质玻璃介质NNAOB空气空气在研究全反射现象中，刚好发生全反射的，即在研究全反射现象中，刚好发生全反射的，即在研究全反射现象中，刚好发生全反射的，即在研究全反射现象中，刚好发生全反射的，即折射角等于折射角等于折射角等于折射角
6、等于90909090时的入射角叫做临界角时的入射角叫做临界角时的入射角叫做临界角时的入射角叫做临界角,是一个很重是一个很重是一个很重是一个很重要的物理量临界角用要的物理量临界角用要的物理量临界角用要的物理量临界角用C C C C 表示表示表示表示当光线从玻璃介质射入当光线从玻璃介质射入当光线从玻璃介质射入当光线从玻璃介质射入空气介质时，如果入射角等空气介质时，如果入射角等空气介质时，如果入射角等空气介质时，如果入射角等于或大于临界角，就发生全于或大于临界角，就发生全于或大于临界角，就发生全于或大于临界角，就发生全反射现象反射现象反射现象反射现象 1 1 临界角临界角临界角临界角C C C C发
7、生全反射现象发生全反射现象发生全反射现象发生全反射现象因而因而 ：临界角临界角 光从折射率为光从折射率为n n的某种介质射到空气的某种介质射到空气(或或真空真空)时的临界角时的临界角C C 就是折射角等于就是折射角等于9090时时的入射角，根据折射定律可得：的入射角，根据折射定律可得：水的临界角为水的临界角为48.80 各种玻璃的临界角为各种玻璃的临界角为320-420 金刚石的临界角为金刚石的临界角为24.40思考思考:光从空气射向玻璃中会发生全反射吗光从空气射向玻璃中会发生全反射吗?不同介质的折射率不同，我们把不同介质的折射率不同，我们把不同介质的折射率不同，我们把不同介质的折射率不同，我
8、们把折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质质称为光密介质质称为光密介质质称为光密介质13NNAOB12空气NNAOB光疏介质和光密介质光疏介质和光密介质介质 1空气介质2介质介质介质介质1 1 1 1相对介质相对介质相对介质相对介质2 2 2 2是光疏介质是光疏介质是光疏介质是光疏介质介质介质介质介质1 1 1 1与介质与介质与介质与介质2 2 2 2相对空气都是光密介质相对空气都是光密介质相对空气都是光密介质相对空气都是光密介质23nn2光疏
9、介质和光密介质是相对的光疏介质和光密介质是相对的光疏介质和光密介质是相对的光疏介质和光密介质是相对的发生全反射的条件发生全反射的条件 光从光密介质进入光疏介质；光从光密介质进入光疏介质；入射角等于或大于临界角入射角等于或大于临界角 思考思考:光从玻璃介质射向水中会发生光从玻璃介质射向水中会发生 全反全反射吗射吗?海市蜃楼海市蜃楼全反射原理在生活中的应用全反射原理在生活中的应用及对奇妙自然现象的解释及对奇妙自然现象的解释C C蜃景.swf1、光线由、光线由AB面垂直入面垂直入射射横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱
10、镜横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜2、光线由、光线由AC面垂直面垂直入射入射变化变化变化变化90 90 90 90 变化变化变化变化180 180 180 180 全反射棱镜全反射棱镜全反射原理在生活中的应用全反射原理在生活中的应用及对奇妙自然现象的解释及对奇妙自然现象的解释ABCCBA在在AC面发生全反射，面发生全反射，垂直由垂直由BC面出射面出射在在AB、BC面发生两次全面发生两次全反射，垂直由反射，垂直由AC面出射面出射全反射棱镜全反射棱镜 在光学仪器里，常用全反射棱镜来代替平面镜，在光学仪器里，常用全反射棱镜来代替平面镜，改变光的传播方向望远镜为了提高倍数，镜筒要很改变光的传播
11、方向望远镜为了提高倍数，镜筒要很长，通过使用全反射棱镜能够缩短镜筒的长度长，通过使用全反射棱镜能够缩短镜筒的长度缩短镜筒的长度全反射棱镜全反射棱镜 一般的平面镜都是在玻璃的后面镀银，一般的平面镜都是在玻璃的后面镀银，但是银面容易脱银面容易脱落因此对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜落因此对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜等，就需要用全反射等，就需要用全反射棱镜代替平面镜与平面镜相比棱镜代替平面镜与平面镜相比,它的反它的反射率高射率高,几乎可达几乎可达100%提高反射率在实际的在实际的潜望镜里潜望镜里用全反射用全反射棱镜代替棱镜代替平面镜平面镜潜望镜潜望镜潜望镜.mpg光导光导
12、纤维纤维光纤通信光纤通信光纤潜望镜光纤潜望镜内窥镜内窥镜原理：原理：结构结构：应用应用光的全反射光的全反射全反射原理在生活中的应用全反射原理在生活中的应用及对奇妙自然现象的解释及对奇妙自然现象的解释包层与内芯包层与内芯 光导纤维的用途很大，医学上将其制成内窥镜，光导纤维的用途很大，医学上将其制成内窥镜，光导纤维的用途很大，医学上将其制成内窥镜，光导纤维的用途很大，医学上将其制成内窥镜，用来检查人体内脏的内部用来检查人体内脏的内部用来检查人体内脏的内部用来检查人体内脏的内部内窥镜的结构内窥镜的结构内窥镜的结构内窥镜的结构 光导纤维在光导纤维在光导纤维在光导纤维在医学上的应用医学上的应用医学上的应
13、用医学上的应用光导纤维光导纤维光导纤维光导纤维内窥镜内窥镜内窥镜内窥镜光导纤维的用途很大，通过它可以实现光纤通信光导纤维的用途很大，通过它可以实现光纤通信光导纤维的用途很大，通过它可以实现光纤通信光导纤维的用途很大，通过它可以实现光纤通信光纤光纤通信的主要优点是光纤通信的主要优点是容量大、衰容量大、衰减小、抗干扰性强减小、抗干扰性强虽然光纤通信的发虽然光纤通信的发展历史只有展历史只有2020多年的，但是发展的速度多年的，但是发展的速度是惊人的是惊人的在潜水员看来，岸上的所有景物，都出现在一个倒立的圆锥里，为在潜水员看来，岸上的所有景物，都出现在一个倒立的圆锥里，为什么？这个圆锥的顶角是多大？什
14、么？这个圆锥的顶角是多大？全反射原理在生活中的应用全反射原理在生活中的应用及对奇妙自然现象的解释及对奇妙自然现象的解释C水的折射率为水的折射率为1.33 所以所以C=48.80则有圆锥顶角则有圆锥顶角=2C=97.60小小 结结1 1、光疏介质、光密介质、光疏介质、光密介质2 2、全反射、全反射定义定义临界角临界角C C全反射的产生条件全反射的产生条件3 3、全反射原理的应用实例、全反射原理的应用实例全反射棱镜全反射棱镜光导纤维光导纤维海市蜃楼海市蜃楼解题指导解题指导例题例题1光在某种介质中的传播光在某种介质中的传播,介质的折射介质的折射率为率为2 2，若要使光从此介质射向真空时发生全，若要使
15、光从此介质射向真空时发生全反射，则入射角不可能的值是：反射，则入射角不可能的值是：A.150 B.300C.450 D.600A A(例题例题2)2)某介质的折射率为某介质的折射率为 2 2，一束光从介质，一束光从介质射向空气，入射角为射向空气，入射角为6060，如图，如图1 1所示的哪个所示的哪个光路图是正确的光路图是正确的?D(例题例题3)劣质的玻璃中往往含有气泡劣质的玻璃中往往含有气泡.这些空这些空气泡看上去比较亮气泡看上去比较亮,对这一现象有下列不对这一现象有下列不同的解释同的解释,其中正确的是其中正确的是()A空气泡对光线有聚集作用空气泡对光线有聚集作用,因而较亮因而较亮.B.空气泡
16、对光线有发散作用空气泡对光线有发散作用.因而较亮因而较亮.C.从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分发生全反射发生全反射,因而较亮因而较亮.D.从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分发生全反射发生全反射,因而较亮因而较亮.D(例题例题4)4)如图所示，一束光以如图所示，一束光以4545的入射角从空气的入射角从空气投射到三棱镜的一个侧面上，在棱镜上发生折射，投射到三棱镜的一个侧面上，在棱镜上发生折射，折射光线与棱镜该侧面成折射光线与棱镜该侧面成6060角，并在棱镜另一角，并在棱镜另一侧面上恰好发生全反射。由此可知，该棱镜材料侧面上恰好发
17、生全反射。由此可知，该棱镜材料的折射率为的折射率为_，该棱镜的顶角，该棱镜的顶角的大小为的大小为_ 2 7502 2、在研究全反射现象中，刚好发生全反射，即折射角等于、在研究全反射现象中，刚好发生全反射，即折射角等于9090时的入射角是一个很重要的物理量，叫做时的入射角是一个很重要的物理量，叫做临界角临界角C C。1 1、定义定义：（当光从玻璃射向空气时，一部分光从分界面上折当光从玻璃射向空气时，一部分光从分界面上折射到空气中，一部分光反射回玻璃内，逐渐增大入射角，会看射到空气中，一部分光反射回玻璃内，逐渐增大入射角，会看到折射光离法线越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强。到折射光离法线越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强。）当入射角增大到某一角度，使折射角达到当入射角增大到某一角度，使折射角达到9090时，折射光线时，折射光线完全消失，只剩下反射光，这种现象叫做全反射完全消失，只剩下反射光，这种现象叫做全反射。3 3、临界角临界角C C是折射角等于是折射角等于9090时的入射角，据折射定律及光时的入射角，据折射定律及光路可逆性可计算出光从介质射入空气时路可逆性可计算出光从介质射入空气时,C,C和折射率的关系：和折射率的关系：4 4、产生全反射现象的条件：、产生全反射现象的条件：光从光密介质射入光疏介质光从光密介质射入光疏介质入射角入射角 临界角临界角知识结构知识结构