1、第十三章,光,目标定位 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. 4.知道全反射棱镜的原理.,第2讲 全反射,一、全反射 1.光疏介质和光密介质 (1)折射率 的介质称为光疏介质,折射率 的介质称为光密介质. (2)光疏介质与光密介质是 的.,较小,较大,相对,2.全反射 当光从 介质射向 介质时,同时发生折射和反射,如果入射角逐渐增大,折射光离法线会越来越 ,而且越来越 ,反射光却越来越 .当入射角增大到某一角度,使折射角达到 时,折射光完全消失,只剩下反射光,这种现象
2、叫做全反射.,光密,光疏,远,弱,强,90,3.临界角 (1)定义:折射角为90时的 叫做临界角. (2)临界角C与折射率n的关系: .,入射角,4.发生全反射的条件 当光从 介质射入 介质时,如果入射角 或 临界角,就会发生全反射现象.,光密,光疏,等于,大于,想一想 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?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.,二、全反射棱镜 截面为 的棱镜为全反射棱镜.它比平面镜的反射率高,失真 . 三、光导纤维 1.光导纤维对光的传导原理
3、:利用了 原理.,等腰直角三角形,小,全反射,2.光导纤维构造 由内芯和外套两层组成,内芯的折射率比 外套的 ,光传播时在内芯与外套的界面 上发生 (如图1所示). 3.光纤通讯的优点是容量 ,衰减 ,抗干扰性强等.,大,图1,全反射,大,小,一、对全反射的理解 1.对光疏介质和光密介质的理解 (1)光疏介质和光密介质是相对而言的. (2)光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小. (3)光从光密介质进入光疏介质时,折射角大于入射角;反之,光由光疏介质进入光密介质时,折射角小于入射角. (4)光疏和光密是从介质的光学特性来说的,并不指它的密度大小.,2.全反射 (1)临界角:折射角为
4、90时的入射角称为全反射的临界角,用C表示,sin C . (2)全反射的条件:光由光密介质射向光疏介质;入射角大于或等于临界角. (3)全反射遵循的规律:发生全反射时,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.,例1 关于全反射,下列叙述中正确的是( ) A.发生全反射时仍有折射光线,只是折射光线非常弱 B.光从光密介质射向光疏介质时,一定会发生全反射现象 C.光从光密介质射向光疏介质时,可能不发生全反射现象 D.光从光疏介质射向光密介质时,可能发生全反射现象,解析 发生全反射时折射光线的能量为零,折射光线消失,所以选项A错误; 发生全反射的
5、条件是光从光密介质射向光疏介质,且入射角大于或等于临界角,二者缺一不可,所以选项B、D错误.选项C正确. 答案 C,针对训练 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(图中为空气,为介质)( ),解析 由题意知,光由光密介质射向光疏介质,由sin C 得C45160,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.,答案 D,二、全反射棱镜和光导纤维 1.全反射棱镜 (1)特点: 当光垂直于它的一个界面射入后,都会在其内部发生全反射,与平面镜相比,它的反射率很高. 反射面不必涂敷任何反光物质,反射时失真小.,(2)全反射
6、棱镜改变光路的两种常见情况.如图2所示.,图2,2.光导纤维 (1)原理:内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射. (2)优点:容量大,衰减小,抗干扰性强等. (3)应用:光纤通讯;医学上的内窥镜.,例2 光导纤维的结构如图3所示,其内芯和外套材料不同,光在内芯中传播,以下关于光导纤维的说法正确的是( ) 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 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,图3,C.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.内芯的折射率与外套的相同,外套的材料有韧性,可以起保
7、护作用,解析 光导纤维内芯的折射率大于外套的折射率,光在由内芯射向外套时,在其界面处发生全反射,从而使光在内芯中传播,A对. 答案 A,三、全反射的定量计算 应用全反射解决实际问题的基本方法:(1)确定光是由光疏介质进入光密还是从光密进入光疏介质.(2)若光由光密介质进入光疏介质时,根据sin C 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(如三角函数、反射定律等)进行判断推理,运算及变换.,例3 一厚度为h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
8、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.,解析 如图,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sin C ,其中LRr,对全反射的理解 1.光从介质a射向介质b,如果要在a、b介质的分界面上发生全反射,那么必须满足的条件是( ) A.a是光密介质,b是光疏介质 B.光在介质a中的速度必须大于在介质b中的速度 C.光的入射角必须大于或等于临界角 D.光的入射角必须小于临界角,AC,2.光在某种介质中的传播速度是1.5108 m/s,光从该介质射向空气时( ) A.临界角是30 B.大于或等于30的所有角都是临
9、界角 C.入射角大于或等于30时都能发生全反射 D.临界角可能是60,答案 AC,全反射的应用 3.空气中两条光线a和b从方框左侧入射,分别从方框 下方和上方射出,其框外光线如图4所示.方框内有两 个折射率n1.5的全反射棱镜,下面给出了两棱镜四 种放置方式的示意图,其中能产生图中效果的是( ),图4,解析 四个选项产生的光路效果如图所示:,由图可知B项正确. 答案 B,4.图5为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图,玻璃丝长为L,折射率为n,AB代表端面.已知光在真空中的传播速度为c. (1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到 另一端面,求光线在端面AB上的入射角 应满足的条件;,图5,解析 设光线在端面AB上C点的入射角为i,折射角为r,光路图如图所示,由折射定律有sin insin r 设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为,为了使该光线可在此光导纤维中传播,应有 式中是光线在玻璃丝内发生全反射的临界角,它满足nsin 1,由几何关系得r90,(2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间.,解析 光在玻璃丝中传播速度的大小为v ,光速在玻璃丝轴线上的分量为vxvsin ,光线从玻璃丝端面AB传播到其另一端面所需时间为t ,光线在玻璃丝中传播,在刚好发生全反射时,光线从端面AB传播到其另一端面所需的时间最长,此时sin ,由tmax .,