全反射

南昌十中    董婷

教学要求:1、全反射现象及其发生条件; 

         2、临界角的计算；

         3、全反射的应用。

重点和难点:全反射现象及其发生条件。

教学用具:水槽、光源等。

教学过程:

一：教学引入：

复习：折射率，折射定律，请同学上来做光路图。。

二：新课教学

对照各种光介质表格，引入概念

一、光疏媒质与光密媒质

  1、定义:

1)、光疏媒质:两种媒质中折射率较小的媒质叫做光疏媒质.

2)、光密媒质:两种媒质中折射率较大的媒质叫做光密媒质.

  因,对光疏媒质,n较小,V较大. 对光密媒质,n较大,V较小.故也可以说,对于两种媒质,光在其中传播速度较大的是光疏媒质,光在其中传播速度较小的是光密媒质.反过来说,同一种光在光疏媒质中传播速度较大,在光密媒质中传播速度较小.   即：

        对光疏介质    n较小     同一频率的光在其中传播的V较大；

               对光密介质    n较大     同一频率的光在其中传播的V较小。

  2、理解:

1)、光疏媒质光密媒质是相对而言的.只有对给定的两种媒质才能谈光疏媒质与光密媒质.没有绝对的光密媒质.

如：水、玻璃和金刚石三种介质比较，n_水＝1.33    n_玻璃＝1.5~1.9    n_金刚石＝2.42。

    对水而言，玻璃是光密介质；但对金刚石而言，玻璃则是光疏介质。

2)、光疏媒质与光密媒质的界定是以折射率为依据的,与媒质的其它属性(如密度等)无关.例如：水和酒精，n_水＝1.33＜n_酒精＝1.36，酒精相对于水而言是光密介质，但ρ_水＞ρ_酒。

实验：

                   实验一：探究光从空气射入水中

             观察：1.注意观察随着入射角的增大，反射光和折射光的能量如何变化．                                               

 

                   2.当入射角增大到某一值时，会出现什么现象．

 

 

 

结论：当满足下列条件时，光线全部反射

1 光从   水射入空气

2 入射角要增大到某一角度

 

          

 

 

实验三：观察红色激光从玻璃射到空气

             讨论：能否观察上述实验现象，要满足什么条件？

 

 

 

 

 

 

二、全反射:

1、全反射：当光从光密媒质进入光疏媒质时,折射角大于入射角.当入射角增大到某一角度时,折射角等于90⁰,此时,折射光完全消失入射光全部反回原来的媒质中,这种现象叫做全反射.

2、临界角:

1)、定义:光从光密媒质射向光疏媒质时,折射角等于90⁰时的入射角,叫做临界角.用字母C表示.临界角是指光由光密媒质射向光疏媒质时,发生全反射形象时的最小入射角,是发生全反射的临界状态.当光由光密媒质射入光疏媒质时:

若入射角i<C,则不发生全反射,既有反射又有折射形象.

若入射角i≥C,则发生全反射形象.

2)、临界角的计算:

A、任意两种媒质:n_密、n_疏:  :n_密对疏=,故临界角C==arcsin().

其中, :n_密、n_疏分别为光密媒质和光疏媒质的绝对折射率.

B、当光由某种媒质射入真空或空气时: .

3、发生全反射的条件:

1)、光从光密媒质射向光疏媒质;

2)、入射角大于或等于临界角,即i≥C.以上两个条件必须同时满足,缺一不可.

三、全反射的应用:

1，全反射棱镜

 

 

 

 

 

 

 

材质：横截面是等腰直角三角形的玻璃棱镜（临界角C＜ 45 °）

A、原理：利用全反射原理

B、作用：改变光路

C、优越性：反光率高,接近达到100%，成像失真小

D、应用：精密昂贵的光学仪器中，比方说显微镜，单反相机，潜望镜，望远镜……

2、光导纤维—光纤通讯：

一种利用光的全反射原理制成的能传导光的玻璃丝,由

内芯和外套组成,直径只有几微米到100微米左右,内芯的折射

率大于外套的折射率.

A、原理：利用全反射原理（思考光纤内外层折射率的差别）

B、作用：传输光、图象或者其他信息

C、优越性：光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强

D、应用：光纤通信，医学及工业内窥镜，饰品等……

 

  

3．蜃景的成因和规律：

夏天，在气压恒定的海面上，空气密度随高度增加而减小，对光的折射率也随之减小从而形成一具有折射率梯度的空气层。当光线通过此空气层时，将发生偏转。如图4所示，设一束从远处景物A发出的光线a以入射角I由折射率为n处射入空气层。由折射定律有：nsini=n₁sinr_1……(1)  n₁sinr₁=n₂sinr₂…….(2)

联立（1）、（2）式可得： nsini=n₂sinr₂ 依此类推：nsini=n_csinc, sinc=sini.可见，当n i一定时，从下层空气进入上层空气的入射角不断增大，当增大到由某两层空气的折射率决定的临界角时，就会全反射。

人在C处逆着C光线看，可看到经全反射形成的倒立虚像；在B处逆着b光线看，也可看到经折射形成的正立虚像。

总之。若人在较高处，看到的蜃景是由折射形成的正立虚像；若人在较低处，看到的蜃景是由折射和全反射形成的倒立虚像。                                   

 

课堂小结：

 1、光疏介质、光密介质

 2、全反射⑴定义

⑵产生条件

⑶临界角C

3、全反射原理的应用实例

⑴全反射棱镜        ⑵光导纤维