2.全反射1.知道光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)、全反射、臨界角的概念。2.理解全反射的條件,并能用來(lái)分析解決有關(guān)問(wèn)題。3.了解全反射棱鏡和光導(dǎo)纖維的工作原理及應(yīng)用。1.光的全反射現(xiàn)象(1)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì):折射率較大的介質(zhì)稱為光密介質(zhì),折射率較小的介質(zhì)稱為光疏介質(zhì),光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)具有相對(duì)性。(2)全反射現(xiàn)象:光由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí),如果入射角逐漸增大,那么折射光離法線越來(lái)越遠(yuǎn),而且越來(lái)越弱。當(dāng)入射角增大到某一角度,使折射角達(dá)到90°時(shí),折射光完全消失,只剩下反射光,這種現(xiàn)象叫作全反射。這時(shí)的入射角稱為臨界角,用C表示。①臨界角的含義:折射角為90°時(shí)的入射角。②規(guī)律:發(fā)生全反射時(shí),符合光的反射定律。(4)全反射條件:①光從光密介質(zhì)射到光疏介質(zhì);②入射角大于或等于臨界角。2.全反射現(xiàn)象的應(yīng)用(1)棱鏡:橫截面為三角形的棱鏡稱為三棱鏡。①橫截面為正三角形的稱為正三棱鏡。②橫截面為等腰直角三角形的棱鏡稱為全反射棱鏡。③棱鏡對(duì)光線的控制作用:使通過(guò)的光線向底邊偏折。(2)利用全反射棱鏡可以把光線的傳播方向改變90°,也可以改變180°。如圖甲、乙所示,全反射棱鏡改變光路的兩種常見(jiàn)情況,它們分別將光路改變了多少度?提示:甲改變了90°,乙改變了180°。3.光纖及其應(yīng)用(1)光纖的原理:光纖由內(nèi)芯和外套構(gòu)成,內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率,光從一端進(jìn)入內(nèi)芯,在內(nèi)芯與外套界面經(jīng)多次全反射傳到另一端。(2)應(yīng)用:醫(yī)學(xué)上的內(nèi)窺鏡,通信用的光纖。一二三四一、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)是相對(duì)而言的,并沒(méi)有絕對(duì)的意義。例如:水晶(n=1.55)對(duì)玻璃(n=1.5)而言是光密介質(zhì),而對(duì)金剛石來(lái)說(shuō)(n=2.42),卻是光疏介質(zhì)。同一種介質(zhì)到底是光疏介質(zhì)還是光密介質(zhì),是不確定的。2.當(dāng)光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí),折射角大于入射角;反之,光由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)時(shí),折射角小于入射角。3.光疏和光密是從介質(zhì)的光學(xué)特性來(lái)說(shuō)的,并不是它的密度大小。例如,酒精的密度比水小,但酒精和水相比酒精是光密介質(zhì)。4.光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的比較一二三四特別警示光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是對(duì)確定的兩種介質(zhì)而言的。任何兩種透明介質(zhì)都可以通過(guò)比較光在其中速度的大小或折射率的大小來(lái)判定是光疏介質(zhì)還是光密介質(zhì)。一二三四二、對(duì)全反射的理解對(duì)于全反射可以從以下三個(gè)方面來(lái)理解:1.臨界角:光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí),剛好發(fā)生全反射時(shí)的入射角叫臨界角,符號(hào)為C。2.從能量的角度來(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),折射光強(qiáng)度減小到零,入射光的能量全部集中到反射光。3.發(fā)生全反射的條件:光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì);入射角θ1大于或等于臨界角C,即θ1≥C。特別警示光由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)發(fā)生全反射時(shí),仍然遵守反射定律,有關(guān)計(jì)算仍依據(jù)反射定律進(jìn)行。一二三四三、全反射的應(yīng)用——光導(dǎo)纖維當(dāng)光導(dǎo)纖維的折射率為多大時(shí),就可以使以任意角度入射的光都能發(fā)生全反射?設(shè)光導(dǎo)纖維的折射率為n,當(dāng)入射光線入射角為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。一二三四

一二三四四、生活中幾種常見(jiàn)的全反射現(xiàn)象及解釋1.對(duì)“海市蜃樓”的解釋由于空中大氣的折射和全反射,會(huì)在空中出現(xiàn)“海市蜃樓”。在海面平靜的日子,站在海濱,有時(shí)可以看到遠(yuǎn)處的空中出現(xiàn)了高樓聳立、街道棋布、山巒重疊等景象。(1)氣候條件:當(dāng)大氣比較平靜且海面與上層空氣溫差較大時(shí),空氣的密度隨溫度的升高而減小,對(duì)光的折射率也隨之減小。我們可以粗略地把空中的大氣分成許多水平的空氣層。(2)光路分析:遠(yuǎn)處的景物反射的光線射向空中時(shí),不斷被折射,射向折射率較小的上一層的入射角越來(lái)越大,當(dāng)光線的入射角大到等于臨界角時(shí),就會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象,光線就會(huì)從高空的空氣層通過(guò)空氣的折射逐漸返回折射率較大的下一層。一二三四(3)虛像的形成:當(dāng)光線進(jìn)入人的眼睛時(shí),人總認(rèn)為光是從反向延長(zhǎng)線方向發(fā)射而來(lái)的,所以地面附近的觀察者就可以觀察到虛像,且虛像成像在遠(yuǎn)處的半空中,這就是海市蜃樓的影像,如圖甲所示。一二三四2.對(duì)“沙漠蜃景”的解釋(1)氣候條件:夏天在沙漠里也會(huì)看到蜃景,太陽(yáng)照到沙地上,接近沙面的熱空氣層比上層空氣的密度小,折射率也小。(2)光路分析:從遠(yuǎn)處物體射向地面的光線,進(jìn)入折射率小的熱空氣層時(shí)被折射,入射角逐漸增大,也可能發(fā)生全反射。(3)虛像的形成:人們逆著反射光線看去,就會(huì)看到遠(yuǎn)處物體的倒影(圖乙),仿佛是從水面反射出來(lái)的一樣。沙漠里的行人常被這種影像所迷惑,以為前方有水源而奔向前去,但總是可望而不可即。一二三四特