1、第 5 单元：全反射教学要求: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。理科综合可考虑全反射的应用。教学用具:水槽、光源等。教学过程: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VCn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
2、 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 1.51.9 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 1.33n 酒精 1.36，酒精相对于水而言是光密介质，但 水 酒 。二、全反射:1、全反射：当光从光密媒质进入光疏媒质时
3、,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 iC,则不发生全反射,既有反射又有折射形象.若入射角 iC,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(疏密nCosi90 )(sin1
4、密疏).密疏n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: .nC1sin90arcsi3、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 iC.以上两个条件必须同时满足,缺一不可.三、全反射的应用:1、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.当光线射到光导纤维的端面上时,光线就折射进入光导纤维内,经内芯与外套的界面发生多次全反射后从光导纤维的另一端面射出,而不从外套散逸,故光能损耗极小. 图
5、1如果把光导纤维聚集成束使其两端纤维排列的相对位置相同,这样的纤维束就可以传送图像,如图 1 所示. 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.如图 2 所示， 一 透明塑料棒的折射率为 n,光线由棒的 一端面射入，当入射角 i 在一定范围内变化时，光将全部从另一端面射出。当入射角为 i时，光在棒的内侧面恰好发生全反射。由图可知，光在左端面折射时的折射角 r= .C2由折射定律得： 。故有：Cirincosns， 图 2i21cosn。所以只要 ，光将全部从右端面射出。2n 1arcsin2再如图 3 所示，一个横截面为矩形、折射率为 n=1.5 的玻璃条被弯成 900，
6、一束平行光由 A 端面射入。若矩形边长为 d，则只要曲率半径 R2d，光均能从 B 端射出。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= = . 图 3dRn15解得：R 2d.可见，光纤通迅中，只要光导纤维弯曲满足 R ，则光导纤维可以足 1nd够细，楞弯成半圆及圆。1、 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=n1sinr1(1) n1sinr1=n2sinr2.(2)联立（1） 、 （2）式可得： nsini=n 2sinr2 依此类推：nsini=n csinc, sinc= 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。作业：P195(1)(5)基础训练第六节
