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《2018-2019版高中物理 第四章 光的折射 3 光的全反射学案 教科版选修3-4》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、3 光的全反射[学习目标] 1.知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念.2.理解全反射的条件,能计算有关问题和解释相关现象.3.了解光导纤维的工作原理和光导纤维在生产、生活中的应用.一、全反射现象及条件1.光密介质和光疏介质(1)对于两种介质来说,光在其中传播速度较小的介质,即折射率较大的介质叫光密介质;光在其中传播速度较大的介质,即折射率较小的介质叫光疏介质.(2)光疏介质和光密介质是相对的.2.全反射(1)定义:光从光密介质射到光疏介质的界面时,全部被反射回原介质的现象.(2)全反射的条件①光需从光密介质射至光疏介质的界面上.②入射角必须等于或大于临界角.
2、(3)临界角①定义:光从某种介质射向真空或空气时使折射角变为90°时的入射角,称作这种介质的临界角.②临界角C与折射率n的关系:sinC=.二、全反射的应用——光导纤维1.光纤的工作原理:由于有机玻璃的折射率大于空气的折射率,当光从有机玻璃棒的一端射入时,可以沿着有机玻璃棒的表面发生多次全反射,从另一端射出.2.光导纤维的构造:由两种折射率不同的玻璃制成,分内、外两层,内层玻璃的折射率比外层玻璃的折射率大.当光从一端进入光纤时,将会在两层玻璃的界面上发生全反射.3.光纤通信的优点是容量大、衰减小、抗干扰能力强、传输速率高.4.应用:光纤通信;医学上的内窥镜.[即学即
3、用]1.判断下列说法的正误.(1)入射角大于临界角就会发生全反射现象.( × )(2)光密介质是指密度大的介质.( × )(3)光在光导纤维中的传播速度小于光在真空中的光速c.( √ )2.一束光从某介质进入真空,方向如图1所示,则该介质的折射率为________;逐渐增大入射角,光线将________(填“能”或“不能”)发生全反射;若使光发生全反射,应使光从________射入________,且入射角大于等于________.图1答案 能 介质 真空 45°一、全反射[导学探究] 当光从水中射向与玻璃的交界面时,只要入射角足够大就会发生全反射,这种说法正确吗
4、?为什么?答案 不正确.要发生全反射必须是光从光密介质射向光疏介质.而水相对玻璃是光疏介质,所以不管入射角多大都不可能发生全反射.[知识深化] 发生全反射的条件(1)光从光密介质射至光疏介质.(2)入射角大于或等于临界角.以上两个条件缺一不可.例1 某种介质对空气的折射率是,一束光从该介质射向空气,入射角是60°,则下列光路图中正确的是(图中Ⅰ为空气,Ⅱ为介质)( )答案 D解析 由题意知,光由光密介质射向光疏介质,由sinC==,得C=45°<θ1=60°,故在两介质的界面上会发生全反射,只有反射光线,没有折射光线,故选项D正确.全反射遵循的规律:发生全反射时,
5、光全部返回原介质,入射光与反射光遵循光的反射定律,由于不存在折射光线,光的折射定律不再适用.二、全反射的应用——光导纤维[导学探究] 如图2所示是光导纤维的结构示意图,其内芯和外套由两种光学性能不同的介质构成.构成内芯和外套的两种介质,哪个折射率大?为什么?图2答案 内芯的折射率大.因为当内芯的折射率大于外套的折射率时,光在传播时能发生全反射,光线经过多次全反射后能从一端传到另一端.例2 如图3所示,AB为光导纤维,A、B之间距离为s,使一光脉冲信号从光导纤维中间入射,射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射,由A点传输到B点所用时间为t,求光导纤维所用材料的折
6、射率.(已知光在真空中的传播速度为c)图3答案 解析 设光导纤维所用材料的折射率为n,则有sinα=sinC=n=t==由以上三式解得t==,所以n=.注意挖掘题目中隐含条件,“恰好”“刚好”暗含的条件是入射角等于临界角.三、全反射的定量计算解决全反射问题的思路(1)确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质.(2)若光由介质进入空气(真空)时,则根据sinC=确定临界角,看是否发生全反射.(3)根据题设条件,画出入射角等于临界角的“临界光路”.(4)运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理,运算及变换进行动态分析或定量计算.例3 一厚度为h
7、的大平板玻璃水平放置,其下表面贴有一半径为r的圆形发光面.在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片,圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上.已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射),求平板玻璃的折射率.答案 解析 如图所示,从圆形发光面边缘的A点发出的一条光线射到玻璃上表面A′点恰好发生全反射,则有sinC=又由几何关系:sinC=其中L=R-r联立以上各式解得n==.例4 如图4所示,折射率n=的透明介质的横截面由等腰直角三角形AOC和圆心为O、半径为R的四分之一圆弧BC组成,一束单色光从M点以α=45°入射角由真空射入透明介质中,已知M点与
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