4光的全反射1.doc

全反射 教学目的 知道什么是光疏介质，什么是光密介质 知道光的全反射 知道全反射的临界角 知道光导纤维及其应用 教学过程： 新课导入： 复习提问：当一束平行光射入两种介质的分界面，能够发生反射和折射，反射光线、折射光线和入射光线各满足什么关系？（反射定律、折射定律） 新课讲授： 1. 全反射 设问：若一束光线从玻璃中射入水中，折射光线、反射光线分别该如何画出？ 如果入射光线与法线的夹角逐渐增大，那么折射角也将逐渐增大，因为折射角总是要大于入射角；所以入射角增大到一定程度，折射角一定会先达到900。此时若再增大入射角，折射光线将怎么变化？（让学生猜测，推敲） (1)通过全反射演示仪演示入射角逐渐增大时，反射光线和折射光线的变化关系。 (2)通过电视录象更清晰的演示各光线的强弱变化关系。 导入定义： (3)全反射：当入射角增大到某一角度，折射角正好900即刚刚消失，只剩下反射光线，这种现象叫做全反射。 临界角：刚刚能够发生全反射时的入射角。 补充现象：入射角越大，则反射光线越强，折射光线越弱，直到没有。 思考：一束光线射到两种介质界面时，是否一定会发生全反射现象？（学生回答） (4)临界角: 1)定义:光从光密介质射向光疏介质时,折射角等于900时的入射角,叫做临界角。用字母C表示。 2)临界角是指光由光密介质射向光疏介质时,发生全反射时的最小入射角,是发生全反射的临界状态，也是折射光刚好消失时的角度。 3)临界角的计算: 当光由某种介质射入真空或空气时: 当光由某种介质射入真空或空气时: 理解：折射率越大，临界角就越小，即越容易发生全反射。 4)发生全反射的条件: （1）光从光密介质射向光疏介质； （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。 2.全反射的应用: 例1如果没有地球大气层，我们看到的日出将提前还是迟后？ 　　光由真空进入空气中，传播方向只有微小变化．虽然如此，有时不能不考虑空气的折射效应． 　　图19-45所示为来自一个遥远天体的光穿过地球大气层时被折射的情景．覆盖着地球表面的大气，越接近地球表面越稠密，折射率也越大．　　我们可以把地球表面上的大气看做是由折射率不同的许多水平气层组成的，星光从一个气层进入下一个气层时，要折向法线方向．结果，我们看到的这颗星星的位置，比它的实际位置要高一些．这种效应越是接近地平线就越明显． 例2 如图所示，AB为一块透明的光学材料左侧的端面。建立直角坐标系如图，设该光学材料的折射率沿y轴正方向均匀减小。现有一束单色光a从原点O以某一入射角θ由空气射入该材料内部，则该光线在该材料内部可能的光路是下图中的哪一个？ 解：如图所示，由于该材料折射率由下向上均匀减小，可以设想将它分割成折射率不同的薄层。光线射到相邻两层的界面时，如果入射角小于临界角，则射入上一层后折射角大于入射角，光线偏离法线。到达更上层的界面时入射角逐渐增大，当入射角达到临界角时发生全反射，光线开始向下射去直到从该材料中射出。 例3 如图所示是一根长为L的医用光导纤维的示意图，该光导纤维所用的材料的折射率为n。一细束单色光从左端面上的某点射入，经光导纤维内部侧面的多次全反射从右端射出。由于此单色光的入射角是可调的，所以光束通过该光导纤维所用的时间各不相同。真空中的光速为C，那么： （1）要使此单色光总能在光导纤维内部侧面发生全反射，材料的折射率n应满足什么条件？ （2）该光束通过这条光导纤维所用的最短时间和最长时间分别是多少？ （1） 在A点有 即sinα=nsin(900γ)，当α增大时γ减小，但应有γ临界角C，sinC=，当α90时，γC，所以有sin900=ncos(arccos) ；解此方程得sin=cos 得n=，所以材料的折射率n应 （2）当α=0时时间最短为t= ；当光从左端射入时的折射角β最大时，时间最长，此时路程s=L/cosβ，当入射角α900时β最大，由折射定律有sinβ=，（到此步得；又光在光导纤维中的传播速度为v=，故最长时间为t= 3)利用光导纤维可以弯曲传光，传像，可制作各种潜望镜，医用内窥镜等。 例4 如图19—43所示，一个横截面为矩形，折射率为n=1.5的玻璃条被弯成90°，一束平行光由A端面射入.若矩形边长为d，证明只要曲率半径R≥2d，光均能从B端射出. 解析:由图可知，只要a光线能发生全反射，则所有从A端入射的光均能发生全反射： sini=≥sinC== 解得R≥2d. 可见，光纤通信中，只要光导纤维弯曲满足R≥，则光导纤维可以足够细. 例5 在水中的鱼看来，水面上和岸上的所有景物都出现在顶角约为97.60的倒立圆锥里。为什么？ 解析:由临界公式Sinc=1/n/和水的折射率n=1.