全反射ppt 新人教版选修3-4课件.ppt

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1、2全反射全反射1知道光疏介知道光疏介质质、光密介、光密介质质、全反射、全反射、临临界角的概念界角的概念2理解全反射的条件，能理解全反射的条件，能计计算有关算有关问题问题和解和解释释相关相关现现象象3了解光了解光导纤维导纤维的工作原理和光的工作原理和光导纤维导纤维在生在生产产、生活中的、生活中的 应应用用.两种介两种介质质相比相比较较光在其中光在其中传传播速度播速度_，而折射率，而折射率_的介的介质质叫光疏介叫光疏介质质光在其中光在其中传传播速度播速度_，而折射率，而折射率_的介的介质质叫光密介叫光密介质质光由光由_介介质质射向射向_介介质时质时，折射角大于入射角，当入，折射角大于入射角，当入射

2、角增大射角增大时时，反射光，反射光_，折射光，折射光_，继续继续增大入射角，增大入射角，当折射角达到当折射角达到_时时，折射光全部消失，入射光全部被反射，折射光全部消失，入射光全部被反射回原介回原介质质，当入射角再增大，当入射角再增大时时，入射光仍被界面全部反射回，入射光仍被界面全部反射回原介原介质质，这这种种现现象叫全反射象叫全反射一、全反射一、全反射光疏介质和光密介质光疏介质和光密介质全反射全反射大大小小小小大大光密光密光疏光疏增增强强减弱减弱90折射角折射角为为90时时的的_，称，称为为全反射全反射临临界角，界角，简简称称临临界角，用界角，用_表示表示(1)光从光从_介介质质射向射向_介

3、介质质；(2)入射角入射角_临临界角界角截面截面为为_的棱的棱镜为镜为全反射棱全反射棱镜镜，其作用是，其作用是改改变变光的光的_只要光只要光_于它于它_一个界面射一个界面射入后，都会在其内部入后，都会在其内部发发生生_临界角临界角产生全反射的条件产生全反射的条件二、全反射棱镜二、全反射棱镜入射角入射角C光密光密光疏光疏大于或等于大于或等于等腰直角三角形等腰直角三角形传传播方向播方向垂直垂直任意任意全反射全反射三、光三、光导纤维导纤维 光导纤维对光的传导原理光导纤维对光的传导原理：利用了：利用了 _原理原理 光导纤维构造光导纤维构造 由内芯和外套两由内芯和外套两层组层组成，内芯的折成，内芯的折

4、射率比外套射率比外套_，光，光传传播播时时在内芯和在内芯和 外套的界面上外套的界面上发发生生_(如如图图13 21所示所示)图图1321全反射全反射大大全反射全反射不同介不同介质质的折射率不同，我的折射率不同，我们们把折射率把折射率较较小的介小的介质质叫做光叫做光疏介疏介质质，折射率，折射率较较大的介大的介质质叫做光密介叫做光密介质质(1)对光路的影响对光路的影响：根据折射定律，光由光疏介：根据折射定律，光由光疏介质质射入光密射入光密介介质质(例如由空气射入水例如由空气射入水)时时，折射角小于入射角；光由光，折射角小于入射角；光由光密介密介质质射入光疏介射入光疏介质质(例如由水射入空气例如由水

5、射入空气)时时，折射角大于，折射角大于入射角入射角.一、对全反射的理解一、对全反射的理解光疏介质和光密介质的理解光疏介质和光密介质的理解(3)相对性相对性：光疏介：光疏介质质、光密介、光密介质质是相是相对对的任何两种透明介的任何两种透明介质质都可以通都可以通过过比比较较光在其中光在其中传传播速度的大小或折射率的大小播速度的大小或折射率的大小来判定来判定谁谁是光疏介是光疏介质质或光密介或光密介质质光由光密介光由光密介质质射入到光疏介射入到光疏介质质中中时时，折射角大于入射角，当，折射角大于入射角，当入射角增大到一定程度入射角增大到一定程度时时，折射光，折射光线线完全消失，全部光完全消失，全部光线

6、线都都被反射回原介被反射回原介质质，这这种种现现象称象称为为全反射全反射现现象，象，简简称全反射称全反射(2)光疏介质和光密介质的比较光疏介质和光密介质的比较光的光的传传播速度播速度折射率折射率光疏介光疏介质质大大小小光密介光密介质质小小大大全反射现象全反射现象(1)全反射的条件全反射的条件：光由光密介光由光密介质质射向光疏介射向光疏介质质入射入射角大于或等于角大于或等于临临界角界角(2)全反射遵循的规律全反射遵循的规律：发发生全反射生全反射时时，光全部返回原介，光全部返回原介质质，入射光与反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光入射光与反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光线线，光的折射定

7、律不再适用光的折射定律不再适用由于空中大气的折射和全反射，会在空中出由于空中大气的折射和全反射，会在空中出现现“海市蜃楼海市蜃楼”在海面平静的日子，站在海在海面平静的日子，站在海滨滨，有，有时时可以看到可以看到远处远处的空中的空中出出现现了高楼了高楼耸耸立、街道棋布、山立、街道棋布、山峦峦重叠等景象重叠等景象二、常见全反射现象的应用例析二、常见全反射现象的应用例析对对“海市蜃楼海市蜃楼”的解释的解释图图1322(1)气候条件气候条件：当大气比：当大气比较较平静且海面与平静且海面与上上层层空气温差空气温差较较大大时时，空气的密度随温，空气的密度随温度的升高而减小，度的升高而减小，对对光的折射率也

8、随之光的折射率也随之减小因海面附近的空气温度比空中低，减小因海面附近的空气温度比空中低，空气的下空气的下层层比上比上层层折射率大我折射率大我们们可以可以粗略地把空中的大气分成粗略地把空中的大气分成许许多水平的空多水平的空气气层层，如，如图图1322所示所示(2)光路分析光路分析：远处远处的景物反射的光的景物反射的光线线射向空中射向空中时时，不断被，不断被折射，射向折射率折射，射向折射率较较小的上一小的上一层层的入射角越来越大，当光的入射角越来越大，当光线线的入射角大到等于的入射角大到等于临临界角界角时时，就会，就会发发生全反射生全反射现现象，光象，光线线就会从高空的空气就会从高空的空气层层通通

9、过过空气的折射逐空气的折射逐渐渐返回折射率返回折射率较较大的下一大的下一层层图图1323(3)虚像的形成虚像的形成：当光：当光线进线进入人的眼睛入人的眼睛时时，人，人总认为总认为光是从光是从反向延反向延长线长线方向方向发发射而来的，所以地面附近的射而来的，所以地面附近的观观察者就可察者就可以以观观察到虚像且虚像成像在察到虚像且虚像成像在远处远处的半空中，的半空中，这这就是海市就是海市蜃楼的影像如蜃楼的影像如图图1323所示所示(1)气候条件气候条件：夏天在沙漠里也会看到蜃景，太阳照到沙地：夏天在沙漠里也会看到蜃景，太阳照到沙地上，接近沙面的上，接近沙面的热热空气空气层层比上比上层层空气的密度小

10、，折射率也空气的密度小，折射率也小小(2)光路分析光路分析：从：从远处远处物体射向地面的光物体射向地面的光线线，进进入折射率小入折射率小的的热热空气空气层时层时被折射，入射角逐被折射，入射角逐渐渐增大，也可能增大，也可能发发生全反生全反射射对沙漠蜃景的解释对沙漠蜃景的解释(3)虚像的形成虚像的形成：人：人们们逆着反射光逆着反射光线线看看去，就会看到去，就会看到远处远处物体的倒影物体的倒影(如如图图1324所示所示)，仿佛是从水面反射出来，仿佛是从水面反射出来的一的一样样，沙漠里的行人常被，沙漠里的行人常被这这种影像种影像所迷惑，以所迷惑，以为为前方有水源而奔向前去，前方有水源而奔向前去，但但总

11、总是可望而不可及是可望而不可及特别提醒特别提醒 (1)“沙漠蜃景沙漠蜃景”和和“海市蜃楼海市蜃楼”虽然都是由空中虽然都是由空中大气对光线的折射和全反射形成的，但因空气折射率大小大气对光线的折射和全反射形成的，但因空气折射率大小分布有所不同，使得光线偏折情况有所不同分布有所不同，使得光线偏折情况有所不同(2)“沙漠蜃沙漠蜃景景”是倒立的虚像，而是倒立的虚像，而“海市蜃楼海市蜃楼”是正立的虚像是正立的虚像图图1324做一做做一做(教材教材P53)点拨点拨观观察到整个水流都亮了，察到整个水流都亮了，这这是因是因为为水流相当于光水流相当于光导纤维导纤维，激光在水柱与空气交界面上多次，激光在水柱与空气交

12、界面上多次发发生全反射的生全反射的结结果果教材资料分析教材资料分析下列下列说说法正确的是法正确的是 ()A因因为为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质质B因因为为水的折射率小于酒精的折射率，所以水水的折射率小于酒精的折射率，所以水对对酒精来酒精来 说说是光疏介是光疏介质质C同一束光，在光密介同一束光，在光密介质质中的中的传传播速度播速度较较大大D同一束光，在光密介同一束光，在光密介质质中的中的传传播速度播速度较较小小【典典例例1】对全反射现象的理解对全反射现象的理解答案答案BD关于全反射，下列叙述中正确的是关于全反射，下列叙述中正确的是 ()A发发生全

13、反射生全反射时时仍有折射光仍有折射光线线，只是折射光，只是折射光线线非常弱非常弱B光从光密介光从光密介质质射向光疏介射向光疏介质时质时，一定会，一定会发发生全反射生全反射现现象象C光从光密介光从光密介质质射向光疏介射向光疏介质时质时，可能不，可能不发发生全反射生全反射现现象象D光从光疏介光从光疏介质质射向光密介射向光密介质时质时，可能，可能发发生全反射生全反射现现象象解析解析发发生全反射生全反射时时折射光折射光线线的能量的能量为为零，折射光零，折射光线线消失，消失，所以所以选项选项A错误错误；发发生全反射的条件是光从光密介生全反射的条件是光从光密介质质射向光射向光疏介疏介质质，且入射角大于或等

14、于，且入射角大于或等于临临界角，二者缺一不可，所界角，二者缺一不可，所以以选项选项B、D错误错误选项选项C正确正确答案答案C【变式变式1】光光导纤维导纤维的的结结构如构如图图1325所示，其内芯和外套材料不同，光在所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中内芯中传传播，以下关于光播，以下关于光导纤维导纤维的的说说法正确的是法正确的是 ()全反射现象的应用全反射现象的应用【典典例例2】图图1325A内芯的折射率比外套的大，光内芯的折射率比外套的大，光传传播播时时在内芯与外套的在内芯与外套的 界面界面发发生全反射生全反射B内芯的折射率比外套的小，光内芯的折射率比外套的小，光传传播播时时在内芯与外套的在

15、内芯与外套的 界面界面发发生全反射生全反射C内芯的折射率比外套的小，光内芯的折射率比外套的小，光传传播播时时在内芯与外套的在内芯与外套的 界面界面发发生折射生折射D内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧韧性，可性，可 以起保以起保护护作用作用解析解析光光导纤维导纤维的内芯折射率大于外套的折射率，光在由的内芯折射率大于外套的折射率，光在由内芯射向外套内芯射向外套时时，在其界面，在其界面处发处发生全反射，从而使光在内生全反射，从而使光在内芯中芯中传传播，播，A对对答案答案A如如图图1326所示，夏天，在平静无所示，夏天，在平静无风风的海面上，的海面上，向向远

16、远方望去，有方望去，有时时能看到山峰、船舶、楼台、亭能看到山峰、船舶、楼台、亭阁阁、集市、集市、庙庙宇等出宇等出现现在在远远方的空中古人不明白方的空中古人不明白产产生生这这种景象的原种景象的原因，因，对对它作了不科学的解它作了不科学的解释释，认为认为是海中蛟是海中蛟龙龙(即蜃即蜃)吐出吐出的气的气结结成的，因而叫做成的，因而叫做“海市蜃楼海市蜃楼”，也叫蜃景沙漠里有，也叫蜃景沙漠里有时时也会看到也会看到远处远处的水源、仙人掌近在咫尺，可望而不可即，的水源、仙人掌近在咫尺，可望而不可即，这这也是也是“蜃景蜃景”下列有关蜃景的下列有关蜃景的说说法中法中错误错误的是的是 ()【变式变式2】图图132

17、6A海面上海面上层层空气的折射率比下空气的折射率比下层层空气的折射率要小空气的折射率要小B沙面上沙面上层层空气的折射率比下空气的折射率比下层层空气的折射率要小空气的折射率要小CA是蜃景，是蜃景，B是景物是景物DC是蜃景，是蜃景，D是景物是景物解析解析海面上，下海面上，下层层空气的温度比上空气的温度比上层层低，低，则则下下层层空气的密空气的密度比上度比上层层要大，故下要大，故下层层空气的折射率比上空气的折射率比上层层空气的折射率要空气的折射率要大，大，选项选项A正确由于人眼正确由于人眼认为认为光光线线是沿直是沿直线传线传播的，故播的，故A是蜃景，是蜃景，B是景物，是景物，选项选项C正确太阳照到沙

18、面上，接近沙正确太阳照到沙面上，接近沙面的面的热热空气空气层层比上比上层层空气的密度小，折射率也小，即上空气的密度小，折射率也小，即上层层折折射率大，射率大，选项选项B错误错误；从；从远处远处物体射向地面的光物体射向地面的光线线，进进入折入折射率小的射率小的热热空气空气层时层时被折射，入射角逐被折射，入射角逐渐渐增大，也可能增大，也可能发发生生全反射人全反射人们们逆着反射光逆着反射光线线看去，就会看到看去，就会看到远处远处物体的倒影，物体的倒影，故故C是蜃景，是蜃景，D是景物，是景物，选项选项D正确正确答案答案B全反射的定理计算全反射的定理计算【典典例例3】(2013山山东东高高考考)如如图图

19、13-2-7所所示示，一一玻玻璃璃球球体体的的半半径径为为R，O为为球球心心，AB为为直直径径来来自自B点点的的光光线线BM在在M点点射射出出，出出射射光光线线平平行行于于AB，另另一一光光线线BN恰恰好好在在N点发生全反射已知点发生全反射已知ABM30，求：求：(1)玻璃的折射率玻璃的折射率(2)球心球心O到到BN的距离的距离图图13-2-7如如图图1328所示，一段横截面所示，一段横截面为为正方形的玻璃棒，中正方形的玻璃棒，中间间部分弯成四分之一部分弯成四分之一圆圆弧状，一弧状，一细细束束单单色光由色光由MN端面的中点端面的中点垂直射入，恰好能在弧面垂直射入，恰好能在弧面EF上上发发生全反

20、生全反射，然后垂直射，然后垂直PQ端面射出端面射出(1)求求该该玻璃棒的折射率玻璃棒的折射率【变式变式3】图图1328(2)若将入射光向若将入射光向N端平移，当第一次射到弧面端平移，当第一次射到弧面EF上上时时_(填填“能能”“不能不能”或或“无法确定能否无法确定能否”)发发生全反射生全反射解析解析(1)因为一细束单色光由因为一细束单色光由MN端端面中点垂直射入，所以到达弧面面中点垂直射入，所以到达弧面EF界界面时面时入射角入射角为为45，又因，又因为为恰好恰好发发生全生全反射，所以反射，所以45为临为临界角界角C，由，由如如图图1329所示，所示，ABCD是两面平行的透是两面平行的透明玻璃明

21、玻璃砖砖，AB面和面和CD面是玻璃和空气的界面是玻璃和空气的界面，分面，分别设为别设为界面界面和界面和界面.光光线线从界面从界面射入玻璃射入玻璃砖砖，再从界面，再从界面射出，回到空气中，射出，回到空气中，如果改如果改变变光到达界面光到达界面时时的入射角，的入射角，则则 ()对全反射现象的理解对全反射现象的理解1.图图1329A只要入射角足只要入射角足够够大，光大，光线线在界面在界面上可能上可能发发生全反射生全反射现现象象B只要入射角足只要入射角足够够大，光大，光线线在界面在界面上可能上可能发发生全反射生全反射现现象象C不管入射角多大，光不管入射角多大，光线线在界面在界面上都不可能上都不可能发发

22、生全反生全反 射射现现象象D不管入射角多大，光不管入射角多大，光线线在界面在界面上都不可能上都不可能发发生全反生全反 射射现现象象解析解析在界面在界面光由空气光由空气进进入玻璃入玻璃砖砖，是由光疏介，是由光疏介质进质进入入光密介光密介质质，不管入射角多大，都不能，不管入射角多大，都不能发发生全反射生全反射现现象，象，则则选项选项C正确在界面正确在界面光由玻璃光由玻璃进进入空气，是由光密介入空气，是由光密介质质进进入光疏介入光疏介质质，但是，由于界面，但是，由于界面和界面和界面平行，光由界平行，光由界面面进进入玻璃后再到达界面入玻璃后再到达界面，在界面，在界面上的入射角等于上的入射角等于在界面在

23、界面上的折射角，入射角上的折射角，入射角总总是小于是小于临临界角，因此也不界角，因此也不会会发发生全反射生全反射现现象，象，选项选项D也正确也正确答案答案CD如如图图13210所示，一根所示，一根长长直的光直的光导纤维导纤维，它的折射率，它的折射率为为n.如果把如果把该该光光纤纤放在空气中，要使从它的一个端面放在空气中，要使从它的一个端面进进入光入光纤纤的光的光发发生全反射，最大的入生全反射，最大的入射角的正弦射角的正弦值值是多少是多少解析解析如如图图所示，入射角最大所示，入射角最大时对应时对应的光的光线线在在侧侧壁恰好壁恰好发发生全反射，即入生全反射，即入射角射角为临为临界角界角全反射现象的

24、应用全反射现象的应用图图132102.在桌面上有一倒立的玻璃在桌面上有一倒立的玻璃圆锥圆锥，其，其顶顶点恰点恰好与桌面接触，好与桌面接触，圆锥圆锥的的轴轴(图图13211中中虚虚线线)与桌面垂直，与桌面垂直，过轴线过轴线的截面的截面为为等等边边三三角形，如角形，如图图13211所示有一半径所示有一半径为为r的的圆圆柱形平行光束垂直入射到柱形平行光束垂直入射到圆锥圆锥的底面的底面上，光束的中心上，光束的中心轴轴与与圆锥圆锥的的轴轴重合已知重合已知玻璃的折射率玻璃的折射率为为1.5，则则光束在桌面上形成光束在桌面上形成的光斑半径的光斑半径为为 ()Ar B1.5 r C2 r D2.5 r全反射的定量计算全反射的定量计算图图132113.答案答案C