物理人教版高中选择性必修一（2019年新编）4-2全反射（课件）.pptx

1、4.2 全反射全反射一、全反射一、全反射1.1.光疏介质和光密介质：光疏介质和光密介质：光疏介质：两种介质中折射率光疏介质：两种介质中折射率n较小较小的介质叫做的介质叫做光疏光疏介质。介质。光密介质：两种介质中折射率光密介质：两种介质中折射率n较大较大的介质叫做的介质叫做光密光密介质。介质。【注意】【注意】相对大小：相对大小：如水和空气；如水和空气；水和金刚石比较水和金刚石比较 不是介质的密度。不是介质的密度。如水和酒精如水和酒精光从光疏进入光密介质，或从光密到光疏介质分别会怎么偏转？光从光疏进入光密介质，或从光密到光疏介质分别会怎么偏转？NNAOB光疏介质光疏介质光密介质光密介质ir光从光疏

2、介质进入光密介质光从光疏介质进入光密介质光从光密介质进入光疏介质光从光密介质进入光疏介质iNNAOB光疏介质光疏介质光密介质光密介质r思考：光密思考：光密光疏，入射角增大，折射角也增大，谁先达到光疏，入射角增大，折射角也增大，谁先达到9090？若继续增大入射角？若继续增大入射角？一、全反射一、全反射 逐渐增大入射角，当入射角增大到某一角度，折射角接近逐渐增大入射角，当入射角增大到某一角度，折射角接近9090时，时，继续增大入射继续增大入射角，这时会发生什么情况？角，这时会发生什么情况？一、全反射一、全反射一、全反射一、全反射 逐渐增大入射角，当入射角增大到某一角度，折射角接近逐渐增大入射角，当

3、入射角增大到某一角度，折射角接近9090时，时，继续增大入射继续增大入射角，这时会发生什么情况？角，这时会发生什么情况？光由光由光密光密介质射入介质射入光疏光疏介质时，随着入射角的增大，当介质时，随着入射角的增大，当折射角增大到折射角增大到9090时，时，折射折射光线完全消失光线完全消失，只剩下反射光线只剩下反射光线，这种现象叫做，这种现象叫做全反射全反射。此时的入射角称为此时的入射角称为临界角（临界角（Critical angle）总结发生全反射的总结发生全反射的条件：条件：（1 1）光从光密介质射入光疏介质；）光从光密介质射入光疏介质；一、全反射一、全反射（2 2）入射角等于或大于临界角；

4、）入射角等于或大于临界角；sin901sinsinnCC1sinCn特殊的，当光疏介质为空气（真空）时，临界角特殊的，当光疏介质为空气（真空）时，临界角C等于？等于？不同介质的临界角不同不同介质的临界角不同介质介质水水各种玻璃各种玻璃金刚石金刚石折射率折射率1.331.51.82.42临界角临界角C48.832 4224.5（1 1）折射率越大，临界角越小；）折射率越大，临界角越小；（2 2）临界角和折射率可以互求。）临界角和折射率可以互求。一、全反射一、全反射一、全反射一、全反射 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？这个圆锥的在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个

5、倒立的圆锥里，为什么？这个圆锥的顶角是多大？顶角是多大？理解：当恰发生全反射时，折射光线沿界面传播？理解：当恰发生全反射时，折射光线沿界面传播？几乎贴着水面射入水里的光线，在潜水几乎贴着水面射入水里的光线，在潜水员看来是从折射角为员看来是从折射角为C的方向射来的，水面的方向射来的，水面上其他方向射来的光线，折射角都小于上其他方向射来的光线，折射角都小于C。因此他认为水面以上所有的景物都出现在顶因此他认为水面以上所有的景物都出现在顶角为角为2C的圆锥里。的圆锥里。一、全反射一、全反射一、全反射一、全反射二、全反射的应用二、全反射的应用 全反射是自然界中常见的现象。例如，全反射是自然界中常见的现象

6、。例如，水中或玻璃中的气泡，看起来特别明亮，就水中或玻璃中的气泡，看起来特别明亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，一部分光是因为光从水或玻璃射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故。在界面上发生了全反射的缘故。1.1.全反射棱镜：全反射棱镜：截面是等腰直角三角形截面是等腰直角三角形。45 45 45 变化变化90 90 45 45 45 变化变化180 180 思考：全反射棱镜的折射率思考：全反射棱镜的折射率应满足什么条件？应满足什么条件？二、全反射的应用二、全反射的应用I1 I2 I3O 物物体体 全反射反射成像全反射反射成像时与时与平面镜反射成像平面镜反射成像对比的优越性对比的优越性

7、二、全反射的应用二、全反射的应用 与平面镜相比，它的反射率高，几乎可达与平面镜相比，它的反射率高，几乎可达100%100%。这种棱镜在光学仪器中可用来改变光的方向，应用这种棱镜在光学仪器中可用来改变光的方向，应用十分广泛，例如双筒望远镜中的全反射棱镜等。十分广泛，例如双筒望远镜中的全反射棱镜等。2.2.优点：优点：（1 1）反射率高，几乎可达）反射率高，几乎可达100%100%；（2 2）因反射面不必涂敷任何反射物质，故反射时失真小。）因反射面不必涂敷任何反射物质，故反射时失真小。二、全反射的应用二、全反射的应用精密光学仪器精密光学仪器全反射棱镜全反射棱镜二、全反射的应用二、全反射的应用 19

8、66 1966 年，年，33 33 岁的华裔科学家高锟提出：光通过岁的华裔科学家高锟提出：光通过直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来传输大量信息。直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来传输大量信息。高锟因此获得高锟因此获得 2009 2009 年诺贝尔物理学奖。根据这一理年诺贝尔物理学奖。根据这一理论制造的光导纤维（论制造的光导纤维（optical fiber）已经普遍应用到通）已经普遍应用到通信领域。这其中就用到了全反射原理。信领域。这其中就用到了全反射原理。高锟（高锟（1933-20181933-2018）三、光导纤维三、光导纤维激光笔发出的光射入一根弯曲的有机玻璃棒的一端，激光笔发出的光射入一根弯

9、曲的有机玻璃棒的一端，观察光传播的路径有什么特点观察光传播的路径有什么特点?三、光导纤维三、光导纤维 光导纤维导光的原理：光导纤维导光的原理：当光在有机玻璃棒内传当光在有机玻璃棒内传播时，如果从有机玻璃射向空气的入射角大于临界播时，如果从有机玻璃射向空气的入射角大于临界角，光会发生全反射，于是光在有机玻璃棒内沿着角，光会发生全反射，于是光在有机玻璃棒内沿着锯齿形路线传播。锯齿形路线传播。实用光导纤维的直径只有几微米到一百微米。因为很实用光导纤维的直径只有几微米到一百微米。因为很细，一定程度上可以弯折。它细，一定程度上可以弯折。它由内芯和外套两层组成，内由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的

10、大，芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。发生全反射。例例3 3 光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播，下列关于光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播，下列关于光导纤维的说法正确的是光导纤维的说法正确的是()A A内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B B内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射C C内芯的折射率比外套的小，光传

11、播时在内芯与外套的界面上发生折射内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生折射D D内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用三、光导纤维三、光导纤维三、光导纤维三、光导纤维 光导纤维的用途很大，通过它可以实现光纤通信。光纤通信的主要优点是容量光导纤维的用途很大，通过它可以实现光纤通信。光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强。一路光纤的传输能力理论值为二十亿路电话，一千万路大、衰减小、抗干扰性强。一路光纤的传输能力理论值为二十亿路电话，一千万路电视。虽然光纤通信的发展历史只有电视。虽然光纤通信的发展

12、历史只有2020多年的，但是发展的速度是惊人的。多年的，但是发展的速度是惊人的。光纤光纤三、光导纤维三、光导纤维的应用的应用 若把光导纤维聚集成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图像就可以从一端若把光导纤维聚集成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图像就可以从一端传到另一端（图传到另一端（图 1 1）。）。医学上用这种光纤制成内窥镜（图医学上用这种光纤制成内窥镜（图 2 2）用来检查人体胃、肠、）用来检查人体胃、肠、气管等脏器的内部。气管等脏器的内部。实际的内窥镜装有两组光纤，一组把光传送到人体内部进行照明，实际的内窥镜装有两组光纤，一组把光传送到人体内部进行照明，另一组把体内的图像传出供医

13、生观察。另一组把体内的图像传出供医生观察。光也可像无线电波那样，作为载体来传递信息。载有声音、图像以及各种数字信光也可像无线电波那样，作为载体来传递信息。载有声音、图像以及各种数字信号的激光从光纤的一端输入，就可传到千里以外的另一端，实现光纤通信号的激光从光纤的一端输入，就可传到千里以外的另一端，实现光纤通信三、光导纤维三、光导纤维的应用的应用水流导光水流导光 将塑料瓶下侧开一个小孔，瓶中灌入清将塑料瓶下侧开一个小孔，瓶中灌入清水，水就从小孔流出。用激光水平射向塑料水，水就从小孔流出。用激光水平射向塑料瓶小孔（图激光可由激光笔产生），观察光瓶小孔（图激光可由激光笔产生），观察光的传播路径。的传播路径。三、光导纤维三、光导纤维的应用的应用水流导光水流导光三、光导纤维三、光导纤维的应用的应用