单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,2,节光的全反射,第,3,节光导纤维及其应用,第2节光的全反射,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.,掌握全反射的条件，并能分析和解决有关问题。,3.,了解全反射棱镜,核心提示,重点：,1.,全反射的条件。,2.,用全反射解决实际问题。,难点：应用全反射条件解决有关问题，解释有关现象。,目标定位,1.,当光线在界面发生反射时，反射角,_(,选填“大于”“小,于”或“等于”,),入射角。,2.,当光由空气射入玻璃时，折射角,_(,选填“大于”“小于”,或“等于”,),入射角。,3.,当光由真空射入介质时，入射角的正弦与折射角的正弦之比,等于该介质的,_,。,4.,不同介质的折射率,_,，所以光在不同介质中的传播速度,也不同。,等于,小于,折射率,不同,1.当光线在界面发生反射时，反射角_(选填“大于”“,一、全反射及其产生条件,1.,光疏介质和光密介质：,对于两种不同的介质，折射率,_,的介质叫做光疏介质，折,射率,_,的介质叫做光密介质。,2.,全反射及临界角的概念：,(1),全反射：光由光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到,一定程度时，折射光线,_,，全部光线都被反射回光密,介质的现象。,(2),临界角：刚发生全反射,(,即折射角等于,_),时的入射角，,用字母,C,表示。,较小,较大,完全消失,90,一、全反射及其产生条件较小较大完全消失90,3.,全反射的条件：,(1),光由,_,介质射入,_,介质。,(2),入射角,_,临界角。,4.,临界角与折射率的关系：,(1),定量关系：光由某种介质射入空气,(,或真空,),时，,sinC=_,。,(2),定性关系：介质折射率越大，发生全反射的临界角,_,，,越容易发生全反射。,光密,光疏,大于等于,越小,3.全反射的条件：光密光疏大于等于越小,二、对全反射现象的解释,1.,解释全反射现象：,(1),水或玻璃中的气泡看起来特别亮，是由于光射到气泡上发,生了,_,。,(2),在沙漠里，接近地面的热空气的折射率比上层空气的折射,率,_,，从远处物体射向地面的光线的入射角,_,临界角时，,发生全反射，人们就会看到远处物体的倒影。,全反射,小,大于,二、对全反射现象的解释全反射小大于,2.,全反射棱镜：,(1),形状：截面为,_,三角形的棱镜。,(2),光学特性：,当光垂直于截面的直角边射入棱镜时，光在截面的斜边上发,生,_,，光射出棱镜时，传播方向改变了,_,。,当光垂直于截面的斜边射入棱镜时，在,_,上各发,生一次全反射，使光的传播方向改变了,_,。,等腰直角,全反射,90,两个直角边,180,2.全反射棱镜：等腰直角全反射90两个直角边180,【,思考辨析,】,1.,判断正误：,(1),光密介质、光疏介质是指介质的密度大小。,(,),(2),光从空气折射入水中也可以发生全反射现象。,(,),(3),只要是光从光密介质射向光疏介质，就一定发生全反射。,(,),(4),鱼缸中上升的气泡亮晶晶的，是由于光射到气泡上发生了全反射。,(,),【思考辨析】,提示：,(1),。光密介质、光疏介质是指介质的折射率大小，与介质的密度无关。,(2),。光从空气折射入水中，是从光疏介质进入光密介质，不符合发生全反射的条件，不会发生全反射现象。,(3),。光从光密介质射向光疏介质，并且入射角要大于等于临界角，两个条件缺一不可。,(4),。鱼缸中上升的气泡，是由于光射到气泡上发生了全反射，所以看起来亮晶晶的。,提示：(1)。光密介质、光疏介质是指介质的折射率大小，与介,2.,问题思考：,能否用折射率为,1.25,的透明材料制成截面为等腰直角三角形的,全反射棱镜？,提示：,即,C45,，不能发生全反射，,故不能用此透明材料制成截面为等腰直角三角形的全反射棱镜。,2.问题思考：,一、全反射的理解,1.,光疏介质与光密介质：不同介质的折射率不同，我们把折射率较小的介质叫做光疏介质，折射率较大的介质叫做光密介质。,(1),对光路的影响：根据折射定律，光由光疏介质射入光密介质,(,例如由空气射入水,),时，折射角小于入射角；光由光密介质射入光疏介质,(,例如由水射入空气,),时，折射角大于入射角。,一、全反射的理解,(2),光疏介质和光密介质的比较：,(3),相对性：光疏介质、光密介质是相对的。任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判定谁是光疏介质谁是光密介质。,名称,光的传播速度,折射率,与密度的关系,光疏介质,大,小,均与密度无关,光密介质,小,大,(2)光疏介质和光密介质的比较：名称光的传播速度折射率与密,2.,全反射现象：,光由光密介质射入到光疏介质中时，折射角大于入射角，当入射角增大到一定程度时，折射光线完全消失，全部光线都被反射回原介质，这种现象称为全反射现象，简称全反射。,(1),全反射的条件：,光由光密介质射向光疏介质。,入射角大于等于临界角。,(2),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。,2.全反射现象：,(3),从能量角度来理解全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大。同时折射光线强度减弱，即折射光线能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光的能量等于入射光的能量。,(3)从能量角度来理解全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，,(4),临界角：,定义：,刚好发生全反射,(,即折射角为,90),时的入射角称为全反射的临,界角，用,C,表示。,表达式：光由折射率为,n,的介质射向真空或空气时，若刚好,发生全反射，则折射角恰好等于,90,，,不同色光的临界角：不同颜色的光由同一介质射向空气或真,空时，折射率越大的光的临界角越小，越易发生全反射。,(4)临界角：,【,学而后思,】,(,1),只有一种介质能否确定它是光密介质还是光疏介质,?,提示：,不能。光密介质、光疏介质是对确定的两种介质相比较折射率而确定的，只有一种介质是无法比较折射率的，从而无法确定它是光疏介质还是光密介质。,(2),七种色光能否在同一界面上同时发生全反射,?,提示：,能。如果光从光密介质进入光疏介质，并且入射角大于等于红光的临界角，则七种色光能在同一界面上同时发生全反射。,【学而后思】,【,典例,1,】,(2013,牡丹江高二检测,),一棱镜的截面为直角三角,形,ABC,，如图所示，,A=30,，斜边,AB,a,。棱镜材料的折射率,为,n=,。如图在此截面所在的平面内，一条光线以,45,的入,射角从,AC,边的中点,M,射入棱镜。求光线从棱镜射出点的位置？,(,不考虑光线沿原来路线返回的情况,),。,【典例1】(2013牡丹江高二检测)一棱镜的截面为直角三角,【,解题探究,】,(1),当光线在,AC,界面上折射时，是否发生全反射,?,提示：,一定不发生全反射，因为是光从光疏介质进入光密介质。,(2),光线经,AC,界面折射后，折射光线再射到,AB,界面上时，如何判断是否发生全反射,?,提示：,算出折射光线在,AB,界面上的入射角，再与这种介质的临界角比较，若入射角大于等于临界角则发生全反射，否则不能发生全反射。,【解题探究】(1)当光线在AC界面上折射时，是否发生全反射?,【,标准解答,】,光路如图所示，,设入射角为,，折射角为,由折射定律得,得,=30,则,F,到,A,的距离,三角形,AMF,全等于三角形,DMF,，,【标准解答】光路如图所示，,设折射光线与,AB,的交点为,D,，由几何关系可知，在,D,点的入射角为,60,得临界角,C=45,所以光在,D,点全反射。,BD=a-2AF ,BE=BDsin30 ,由得,答案：,出射点在,BC,边上离,B,点 的位置,设折射光线与AB的交点为D，由几何关系可知，在D点的入射角为,【,互动探究,】,如图，若入射光线在法线的右侧，仍以,45,的入射角从,AC,边的中点,M,射入棱镜，求光线从棱镜射出的位置。,【,解析,】,光路如图所示，,同理由折射定律得,得,=30,由几何关系可得光线在,F,点垂直,AB,射出，,出射点,F,到,A,的距离同上可得,答案：,出射点在,AB,边上离,A,点 的位置,【互动探究】如图，若入射光线在法线的右侧，仍以45的入射角,【,总结提升,】,有关全反射定律的应用技巧,(1),首先判断是否为光从光密介质进入光疏介质，如果是，下一步就要再利用入射角和临界角的关系进一步判断，如果不是则直接应用折射定律解题即可。,(2),分析光的全反射时，根据临界条件找出临界状态是解决这类题目的关键。,(3),当发生全反射时，仍遵循光的反射定律和光路可逆性。,(4),规范认真作出光路图，是正确求解这类题目的重要保证。,【总结提升】有关全反射定律的应用技巧,【,变式训练,】,(2011,山东高考,),如图所示，扇形,AOB,为透明柱,状介质的横截面，圆心角,AOB=60,。一束平行于角平分线,OM,的单色光由,OA,射入介质，经,OA,折射的光线恰平行于,OB,。,(1),求介质的折射率。,(2),折射光线中恰好射到,M,点的光线,(,选填“能”,或“不能”,),发生全反射。,【变式训练】(2011山东高考)如图所示，扇形AOB为透明,【,解析,】,依题意作出光路图如图甲所示。,(1),由几何知识可知，入射角,i,=60,折射角,r=30,。根据折射,定律得 代入数据得,【解析】依题意作出光路图如图甲所示。,(2),由题意画出恰好经过,M,点的折射光线如图乙所示，可得出此,时射向,M,点的入射角为,180-30-90-30=30,，全反射的,临界角 故不能发生全反射。,答案：,(1)(2),不能,(2)由题意画出恰好经过M点的折射光线如图乙所示，可得出此,【,变式备选,】,如图所示,abc,是一块用折射率,n=2,的玻璃制成的透明体的横截面，,ab,是半径为,R,的圆弧，,ac,边与,bc,边垂直，,aOc=60,。当一束平行黄色光垂直照到,ac,上时，,ab,部分的外表面只有一部分是黄亮的，其余是暗的。求黄亮部分的弧长为多少,?,【变式备选】如图所示abc是一块用折射率n=2的玻璃制成的透,【,解析,】,假定光线,MN,射到,ab,界面上时恰好,发生了全反射，则,MN,上方的光线一定在,界面,ab,上发生了全反射，因此只有射到界,面,Nb,上的光线才能射出玻璃，界面,Nb,部分是亮的。,由,sinC=,，得,C=30,。,由几何关系知,=30,，所以弧,Nb,的长度：,答案：,【解析】假定光线MN射到ab界面上时恰好,二、全反射棱镜,1.,全反射棱镜：用玻璃制成的截面为等腰直角三角形的棱镜，其临界角约为,42,，当光线垂直于直角边或垂直于斜边射入后，在下一个界面处的入射角为,45,，由于大于临界角，光在该处发生全反射，若光垂直于直角边射入，在斜边处发生一次全反射后，从另一直角边射出，光的传播方向改变,90,。若光垂直斜边射入棱镜，在两个直角边处各发生一次全反射，光的传播方向改变,180,。,二、全反射棱镜,2.,全反射棱镜特点：,(1),与平面镜相比，全反射棱镜反射率高，几乎可达,100%,。,(2),反射面不必涂任何反光物质，反射失真小。,(3),克服了平面镜成多个像的问题。,2.全反射棱镜特点：,【,学而后思,】,(1),全反射棱镜的应用原理是什么,?,提示：,全反射棱镜的应用原理是光的全反射，必须要满足光发生全反射的条件。,(2),为什么全反射棱镜的反射性能比镀银的平面镜更好,?,提示：,全反射棱镜在全反射时没有折射现象，反射率几乎可以达到,100%,，并克服了成多个像的问题，故反射性能比镀银的平面镜更好。,【学而后思】,【,典例,2】,如图所示，入射光,1,经全反射棱镜,(,即等腰直角三角形棱镜,),两次反射后沿与入射光线平行且相反的方向射出