第七节 全反射

知识回顾何谓光的反射和折射现象？光的反射和折射分别遵守什么规律？反射定律：1）共面2）分居3）等角折射定律：1）共面2）分居3）1122sinsinn一、光疏介质和光密介质折射率小的介质叫光疏介质。折射率大的介质叫光密介质。注意：1、光疏和光密介质是相对的。因为折射率的大小是相对的。介质空气水酒精金刚石折射率1.000281.331.362.422、不能理解为介质密度。如水和酒精..光疏介质光密介质i思考：光进入不同介质时的角度大小关系：NN'AOB光疏介质光密介质ir光从光疏介质进入光密介质NN'OBA光从光密介质进入光疏介质r逐渐增大入射角，当入射角增大到某一角度，折射角接近90°时，继续增大入射角，这时会发生什么情况？实验θ1θ2NN'AOB光疏介质光密介质Bθ1θ2NN'AO光密介质光疏介质思考：光从光密介质进入光疏介质光密介质光疏介质v小v大实验探究随着入射角的增大，反射光和折射光的能量如何变化．当入射角增大到某一值时，会出现什么现象．全反射试验光由光密介质射入光疏介质时，随着入射角的增大，当折射角增大到90°时，折射光线完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫做全反射．二、全反射N1、现象真空介质C真空介质大于C光从介质射入真空时真空介质临界角C当光恰好发生全反射现象时的入射角叫介质的临界角。θ2θ1证明：令θ1=C则θ2=900n=sinθ2sinθ1=sin900sinC=1sinC∴C=arcsin1n例1、证明折射率为n介质的临界角为：C=arcsin1n常见物质的临界角：水：48.8º玻璃：32º-42º金刚石：24.4º2、全反射的条件：①光从光密介质进入光疏介质②入射角等于或大于临界角CO光密介质NN'AC光疏介质CC900全反射nC1sin思考：发生全反射所需条件？水中看世界全反射的举例——水里的鱼鱼眼里的世界鱼眼里的世界例2、在水中的鱼看来，水面上和岸上所有的景物都出现在顶角为97.60的倒立圆锥里，为什么？C=arcsin1n解：=arcsin11.33=48.80θ=97.60Cθ=2C=2×48.80=97.60练习、水面下1ｍ处有一灯泡在发光．在水面上放一木板，要求板能挡住所有射出水面的光，求该木板的最小面积．水折射率为4/3CChR解：sinC=1n34=3tan7C33tan177RhC2293.144.077sRm原因：光从水或玻璃射向气泡时，一部分光在分界面上发生了全反射。三、生活中的全反射现象•α1.为什么水中的气泡，看起来特别明亮？草叶上露珠也特别明亮，又为什么？露珠2、海市蜃楼中新网2004年3月16日电，15日上午11时30分左右(北京时间10时30分)，日本根室市职员谷口博之在北海道根室市海域的根室海峡上空，观测到了船悬于半空的海市蜃楼奇观，并将其拍摄下来。三、生活中的全反射现象大气中的光现象——海市蜃楼（海面）解释：海面上下层空气温度低，密度大，折射率大，上层空气温度高，密度小，折射率小，远方物体发出的光线向空中入射时不断折射弯曲，到某高度时发生全反射，再射会地面，观察者感觉这光线来自空中。正立虚象中央电视台记者2001年9月12日沿着青藏公路经过海拔2675米的万长盐桥时，突然看到远处的戈壁上，有沙丘飘浮在天空中，在阳光和浮云的作用下，沙丘不断变幻着颜色，沙丘的周围是“波光粼粼的湖水”，水面映出清晰的倒影。大气中的光现象——沙漠蜃景（沙漠或马路）解释：贴近地面空气温度高，密度小，折射率小，上层空气温度低，密度大，折射率大。远方物体发出的有些光线向地面入射时不断折射弯曲，到地面附近时发生全反射，再折向上射向远处空中，观察者感觉这光线来自地下。倒立虚象四、全反射棱镜：4545454545451、结构：横截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜2、两种用法：A、原理：利用全反射原理B、作用：改变光路C、优越性：反光率高,接近达到100%，成像失真小.D、应用：精密昂贵的光学仪器中，比方说显微镜，单反相机，潜望镜，望远镜,自行车尾灯等……I1I2I3O物体分析全反射反射成像时与平面镜对比的优越性潜望镜1、光导纤维：全反射的更多应用光导纤维1）、结构：双层介质：内芯为光密介质，外套为光疏介质。2）、原理：在两介质界面上多次发生全反射。3）、用途：光纤通信、内窥镜等。模拟A、原理：利用全反射原理（思考光纤内外层折射率的差别）B、作用：传输光、图象或者其他信息C、优越性：光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强．D、应用：光纤通信，医学及工业内窥镜，饰品等……光导纤维在医学上的应用:内窥镜2、珠宝的鉴赏（玻璃：320-420金刚石：24.40）全反射的更多应用本节小结：1、光疏介质与光密介质的理解。2、全反射的定义。3、临界角的定义与计算。4、全反射的条件及判断。5、全反射的应用。重要提示在运用光的折射定律作光路图解决实际问题时,首先要确定临界角,看是否会发生全发射,在确定未发生全反射的情况下,再根据折射定律确定入射角或折射角.［思考］:请大家思考生活当中下列现象与全反射现象有什么关系?例3、光导纤维的折射率为ｎ＝1.732，长度为L=1m，光束以600的入射角从纤维左端射入，最后从右端射出，求光穿越光纤至少需多少时间。解：做辅助线如图，可知光走的折线总长等于OP长Sirn=sinisinr→1.732=sin600sinr→r=300→t=SC/n=6.7×10-9（s）→S=Lcos300=332OPS例4、：下图表示光线射到水中的气泡的示意图。其中一定错误的有：ABCD答：A、B提示：作出法线（过圆心），比较入射角与折射角例5、半圆形玻璃砖对不同色光的折射率为1.5——1.55之间，白光最初沿与竖直方向成300角向上射入玻璃砖，并刚好过圆心O，后以O为轴逐渐逆时针转动，则OA、天花板上有7种不同色光，红光在最左边B、光线转动，天花板上的红光最先消失C、光线转动，天花板上的紫光最先消失D、光线转动，天花板上的色光都不消失答：CoC练1：一束白光最初照射到三棱镜左表面，并从水平位置开始以O为轴顺时针转动。以下判断正确的有：A、一定有7种不同色光从右表面射出，红光在最下边B、随着转动角度增大，紫光将最先不能从右表面射出C、随着转动角度增大，红光将最先不能从右表面射出D、随着转动角度增大，各色光从玻璃砖射出点的间距不断增大答：B、DO模拟练2：一白光线照射到平板玻璃砖的上表面，并从图中位置开始顺时针转动。以下判断正确的有：A、一定有7种不同色光从下表面射出，红光在最左边B、随着转动角度增大，紫光将最先不能从下表面射出C、随着转动角度增大，各色光从玻璃砖射出点的间距不断增大D、从下表面射出的不同色光将相互平行O答：A、C、DO练3、角B为600，角C为900的四棱柱镜的折射率为2.4，白光线从O点垂直AB面射入棱镜中。（1）画出光路图，确定出射光线（每个面的反射光线和折射光线都不能或略）．AOBCD解：全反射临界角为1C=arcsin2.4＜300因此在CD与BC边都发生全反射。注意：CD与BC边相当于两个相互垂直的平面镜，可知出射光与入射光应平行。（２）若光线以Ｏ为轴顺时针转过一小角度，分析出射光有何特点（提示：考虑色散现象）解：CD与BC边相当于两个相互垂直的平面镜，可知OE应与GF平行，故出射光仍与入射光平行。AOBCDEFG考虑到色散，作图可知出射光为7种单色光，从上向下依次为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。分析问题时一定要根据发生全反射的两个条件去判断！巩固练习1、已知n红n黄n绿，红、黄、绿三种单色光以相同的入射角从介质射向空气。若黄光在界面上恰好发生全反射，则：A、红光一定能发生全反射；B、绿光一定能发生全反射；C、只有红光从介质进入空气；D、只有绿光从介质进入空气。分析：∴C红C黄C绿∴C红iC绿又∵SinC=1/n根据入射角i=C黄∵f红f黄f绿∴n红n黄n绿BC2.某介质的折射率为，一束光从介质射向空气，入射角为60°，图中哪个光路图是正确的？2D