高中物理 4.3 光的全反射現(xiàn)象課件 粵教版選修3-4.ppt

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目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,一、光的全反射 1.全反射:光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí),若入射角增大到某一角度,折射光線就會(huì)完全消失,只剩下反射光線的現(xiàn)象。 2.臨界角:剛好發(fā)生全反射即折射角等于90時(shí)的入射角,用字母θc表示,則 3.全反射的條件 要發(fā)生全反射,必須同時(shí)具備兩個(gè)條件: (1)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)。 (2)入射角大于等于臨界角。,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,玻璃或水中的氣泡為什么看起來(lái)格外亮? 提示 因?yàn)楣鈴牟ＡЩ蛩肷涞綒馀荼砻鏁r(shí)發(fā)生了全反射。,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,二、光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用 1.光導(dǎo)纖維對(duì)光的傳導(dǎo)原理:利用了光的全反射。 2.光導(dǎo)纖維的構(gòu)造:光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲,直徑從幾微米到一百微米,由內(nèi)芯和外套兩層組成。內(nèi)芯的折射率比外套的大,光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射。 3.光導(dǎo)纖維的應(yīng)用——光纖通信 光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)是容量大,此外光纖傳輸還有衰減小、抗干擾性強(qiáng)等多方面的優(yōu)點(diǎn)。,,,,,,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一、全反射 1.對(duì)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解 (1)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的比較: (2)相對(duì)性:光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是相對(duì)的。任何兩種透明介質(zhì)都可以通過(guò)比較光在其中傳播速度的大小或折射率的大小來(lái)判斷誰(shuí)是光疏介質(zhì)或光密介質(zhì)。,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,2.全反射現(xiàn)象 (1)全反射的條件: ①光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。 ②入射角大于或等于臨界角。 (2)全反射遵循的規(guī)律:發(fā)生全反射時(shí),光全部返回介質(zhì),入射光與反射光遵循光的反射定律,由于不存在折射光線,光的折射定律不再適用。 (3)從能量角度來(lái)理解全反射:當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí),隨著入射角增大,折射角也增大。同時(shí)折射光線強(qiáng)度減弱,即折射光線能量減小,反射光線強(qiáng)度增強(qiáng),能量增加,當(dāng)入射角達(dá)到臨界角時(shí),折射光線強(qiáng)度減弱到零,反射光的能量等于入射光的能量。,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,3.不同色光的臨界角 不同顏色的光由同一介質(zhì)射向空氣或真空時(shí),頻率越高的光的臨界角越小,越易發(fā)生全反射。,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,為什么說(shuō)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是相對(duì)的? 答案:折射率較小的介質(zhì)稱為光疏介質(zhì),折射率大小是相對(duì)的,例如水、水晶和金剛石三種物質(zhì)相比較,水晶對(duì)水來(lái)說(shuō)是光密介質(zhì),對(duì)金剛石來(lái)說(shuō)是光疏介質(zhì)。,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,【例1】 如圖所示,在厚度為d、折射率為n的大玻璃板的下表面,緊貼著一個(gè)半徑為r的圓形發(fā)光面,為了從玻璃板的上方看不見(jiàn)圓形發(fā)光面,可在玻璃板的上表面貼一張圓紙片,求所貼圓紙片的最小面積。 (導(dǎo)學(xué)號(hào)51150062) 思路分析解答本題的關(guān)鍵是弄清所貼圓紙片的最小面積究竟由什么決定,實(shí)質(zhì)是利用全反射知識(shí)求介質(zhì)的臨界角。,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,解析:如圖所示,A為發(fā)光面右邊緣,若由A發(fā)出的光線射向O點(diǎn)恰好發(fā)生全反射,入射角θ就是玻璃的臨界角,此時(shí)在玻璃板的上表面O點(diǎn)外側(cè)不再有折射光線。設(shè)B點(diǎn)為A在玻璃板正上方的對(duì)應(yīng)點(diǎn),那么(r+BO)為玻璃板上表面透光面的半徑。,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識(shí)精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一束單色光由左側(cè)射入注滿清水的薄壁圓柱形玻璃杯,如圖為過(guò)軸線的截面圖,調(diào)整入射角α,使光線恰好在水和空氣的界面上發(fā)生全反射。已知水的折射率為 ,求sin α的值。(導(dǎo)學(xué)號(hào)51150063) 解析:當(dāng)光線在水面發(fā)生全反射時(shí)有sin C=1n,當(dāng)光線從左側(cè)射入時(shí),由折射定律有sinαsin(π2-C)=n,聯(lián)立這兩式,代入數(shù)據(jù)可得sin α=73。,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,二、光導(dǎo)纖維 1.構(gòu)造及傳播原理 光導(dǎo)纖維是一種透明的玻璃纖維絲,直徑只有1~100 μm,如圖所示,它是由內(nèi)芯和外套兩層組成,內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率,光由一端進(jìn)入,在兩層的界面上經(jīng)過(guò)多次全反射,從另一端射出,光導(dǎo)纖維可以遠(yuǎn)距離傳播光,光信號(hào)又可以轉(zhuǎn)換成電信號(hào),進(jìn)而變?yōu)槁曇?、圖象。如果把許多(上萬(wàn)根)光導(dǎo)纖維合成一束,并使兩端的纖維按嚴(yán)格相同的次序排列,就可以傳播圖象。,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,2.光導(dǎo)纖維的折射率 設(shè)光導(dǎo)纖維的折射率為n,當(dāng)入射角為θ1時(shí),進(jìn)入端面的折射光線傳到側(cè)面時(shí)恰好發(fā)生全反射,如圖所示,則有 由圖可知:當(dāng)θ1增大時(shí),θ2增大,而從纖維射向空氣中光線的入射角θ減小,當(dāng)θ1=90時(shí),若θ=C,則所有進(jìn)入纖維中的光線都能發(fā)生全反射,即解得n= ,以上是光從纖維射向真空時(shí)得到的折射率,由于光導(dǎo)纖維包有外套,外套的折射率比真空的折射率大,因此折射率要比 大些。,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例2】 如圖所示是兩個(gè)城市間的光纜中的一條光導(dǎo)纖維,光纖長(zhǎng)為L(zhǎng),它的玻璃芯的折射率為n1,外層材料的折射率為n2,光在真空中的傳播速度為c。光由它的一端射入經(jīng)多次反射后從另一端射出,則( ) (導(dǎo)學(xué)號(hào)51150064),一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,思路分析光纖通信的原理是全反射,根據(jù)全反射規(guī)律可知n1、n2的大小關(guān)系;作出光路圖可以求出光通過(guò)的路程,再根據(jù)光在介質(zhì)中的傳播速度可求出需要的時(shí)間。 答案:C,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,如圖所示,一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的直光導(dǎo)纖維,它的折射率為n。光從它的一個(gè)端面射入, 又從另一端面射出所需的最長(zhǎng)時(shí)間為多少?(設(shè)光在真空中的光速為c) (導(dǎo)學(xué)號(hào)51150065),一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,解析:由題中的已知條件可知,要使光線從光導(dǎo)纖維的一端射入,然后從它的另一端全部射出,必須使光線在光導(dǎo)纖維中發(fā)生全反射現(xiàn)象。要使光線在光導(dǎo)纖維中經(jīng)歷的時(shí)間最長(zhǎng),就必須使光線的路徑最長(zhǎng),即光對(duì)光導(dǎo)纖維的入射角最小。光導(dǎo)纖維的臨界角為,