当前位置:首页 >> 理化生 >>

2012高中物理 13.2 光的全反射课件 新人教版选修3-4


一、全反射的理解

1.光疏介质和光密介质的理解,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.

(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 疏介质或光密介质.

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
①光由光密介质射向光疏介质. ②入射角大于或等于临界角.

(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.

(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.

(4)临界角
①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. ②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°,n ? sin90? ,即sinC ? 1 . ③不同色光的临界角:不同颜色的光由同一介质射向空气或
sinC n

真空时,频率越高的光的临界角越小,越易发生全反射.

(1)光疏介质、光密介质是对确定的两种介质而
言的,只对一种介质,无法确定它是光疏介质还是光密介质. (2)分析光的全反射时,关键是根据临界条件画出恰好发生全 反射的光路图,再利用几何知识分析边角关系. (3)当发生全反射时,仍遵循光的反射定律及光的可逆性.

【典例1】(2011·新余高二检测)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?

【解题指导】解答本题时可按以下思路分析:

【标准解答】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=
1 ,得∠C=30°. n

由几何关系知θ=30°,所以弧Nb的长度: ? 30? ? 2?R ? 1 ?R s

答案:1 πR 6

360?

6

【规律方法】解决全反射问题的一般方法:
(1)确定光是从光密介质进入光疏介质. (2)应用sinC=
1 确定临界角. n

(3)根据题设条件,画出入射角等于临界角的临界光路图.
(4)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等,进行分 析、判断、运算解决问题.

二、全反射的应用

1.全反射棱镜 用玻璃制成的截面为直角三角形的棱镜,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°,若光垂直于斜边射 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°.

2.光导纤维

(1)构造及传播原理
光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝,直径只有1 μ m~100μ m 左右,如图所示,它是由内芯和外套两层组成,内芯的折射率

大于外套的折射率,光由一端进入,在两层的界面上经过多次
全反射,从另一端射出,光导纤维可以远距离传播光,光信号 又可以转换成电信号,进而变为声音、图象.如果把许多(上万

根)光导纤维合成一束,并使两端的纤维按严格相同的次序排
列.就可以传播图象.

(2)光导纤维的折射率 设光导纤维的折射率为n,当入射角为θ 1时,进入端面的折射 光线传到侧面时恰好发生全反射,如图所示,则有:
sin?1 1 sinC ? ,n ? ,C ? ?2 ? 90?,由以上各式可得:sin?1 ? n 2 ? 1. n sin?2

由图可知:当θ 1增大时,θ 2增大,而从纤维射向空气中光

线的入射角θ 减小,当θ 1=90°时,若θ =C,则所有进入纤
维中的光线都能发生全反射,即解得n= 2 ,以上是光从纤维 射向真空时得到的折射率,由于光导纤维包有外套,外套的 折射率比真空的折射率大,因此折射率要比 2 大些.

分析光的全反射问题,关键是根据临界条件画 出恰好发生全反射的光路图,再利用几何知识分析边角关 系,比较其他光线是否发生全反射,同时结合临界角与折射 率的关系sinC=
1 解决. n

【典例2】(2011·海南高考)一 赛艇停在平静的水面上, 赛艇前 端有一标记P离水面的高度为h1= 0.6 m,尾部下端Q略高于水面;赛

艇正前方离赛艇前端s1=0.8 m处有
一浮标,示意如图.一潜水员在浮 标前方s2=3.0 m处下潜到深度为h2=4.0 m时,看到标记刚好 被浮标挡住,此处看不到船尾端Q;继续下潜Δ h=4.0 m,恰 好能看见Q.求: (1)水的折射率n; (2)赛艇的长度l.(可用根式表示)

【解题指导】解答本题可按以下思路分析: (1)对波形图的认识→振幅、波长→波速; (2)作光路图→确定两角→折射定律→全反射→临界角.

s1

【标准解答】(1)如图所示, ? sin? ? n sin?

s12 ? h12 s ? 1 s2 s2 s22 ? h 22

s22 ? h 22 4 ? 2 2 s1 ? h1 3

(2)刚好看到Q点时的光路图如图所示. x=s1+s2+l y=h2+Δh
x x 2 ? y2

sinC=
n= 1
sinC

联立以上方程解得: ? 24 7 ? 19 l 答案:(1) 4
3

7 5 (2) 24 7 ? 19 7 5

1.透明体中的气泡看起来特别亮
光照射到透明体上时,光线绝大多数穿过透明体.若透明体中 有气泡,进入透明体中的部分光线射到空气泡上时,由于透

明体的折射率大于气泡的折射率,若入射角大于或等于临界
角,这部分光会发生全反射,然后射入人眼, 由于气泡处反 射回来的光比没有气泡处强得多,所以气泡看起来特别亮.

2.海市蜃楼 (1)气候条件:当大气比较平静且海面与上层空气温差较大时,

空气的密度随温度的升高而减小,对光的折射率也随之减小.
因海面上的空气温度比空中低,空气的下层比上层折射率大. 我们可以粗略地把空中的大气分成许多水平的空气层,如图 所示.

(2)光路分析:远处的景物反射的光线射向空中时,不断被折 射,射向折射率较小的上一层的入射角越来越大,当光线的 入射角大到临界角时,就会发生全反射现象,光线就会从高 空的空气层中通过空气的折射逐渐返回折射率较小的下一层. (3)虚像的形成:当光线进入人的眼睛时,人总认为光是从其

反向延长线方向发射而来的,所以地面附近的观察者就可以
观察到虚像,且虚像成像于远处的半空中,这就是海市蜃楼. 如图所示.

(1)明确此现象为全反射现象,分清光疏介质和
光密介质. (2)人的视觉总认为光沿直线传播.

【典例3】在清澈平静的水底,抬头向上观察,会看到一个十 分有趣的现象: (1)水面外的景物(蓝天、白云、树木、房屋),都呈现在顶角

θ =97°的倒立圆锥底面的“洞”内;
(2)“洞”外是水底的景象; (3)“洞”边呈现彩色,且七色的顺序为内紫外红.

试分析上述水下观天的奇异现象.(水的折射率为 4 )
3

【解题指导】解答本题应把握以下两点: (1)水的折射率和向空气射入时的临界角. (2)光发生折射时,折射率小的偏折角小.

【标准解答】水面外的景物射向水面的光线,凡入射角0≤i <90°时,都能折射入水中被人观察到(如图所示).

根据折射定律,在i= 90°的临界条件下 n ? sini ,sinr ? sini ? 3 , 所以r=48.5°这样倒圆锥的顶角θ=2r=97°.水底发出的光经
sinr n 4

过水面反射也可以进入观察者的眼中,但是由于“洞”内有
很强的折射光,所以只有在“洞”外才能看到水底景物经水 面的反射光,也就是在“洞”外看到水底景象(如图所示).光 线从空气中折射入水中,要产生色散现象,红光的折射率最 小,偏向角最小.紫光的折射率最大,偏向角最大.因为眼睛 感觉光线是沿直线传播的,所以从水中看到的彩色“洞”边 是内紫外红.

【典例】(2011·孝感高二检测)半径为R的半圆柱形玻璃,横 截面如图所示,O为圆心,已知玻璃的折射率为 2 .一束与MN 平面成45°的平行光束从空气射到玻璃的半圆柱面上,经玻 璃折射后,有部分光能从MN平面上射出,求能从MN射出的光 束的宽度为多少?

【解题指导】先确定能射到MN上的光线,再确定能从MN上射
出的边界光线,即可求出射出光束的宽度.

【标准解答】如图所示,进入玻璃中的光线①沿半径方向直 达球心位置O,且入射角等于临界角,恰好在O点发生全反射.

光线①左侧的光线(如:光线②)经球面折射后,射在MN上的
入射角一定大于临界角,在MN上发生全反射,不能射出.光线 ①右侧的光线经半球面折射后,射到MN面上的入射角均小于 临界角,能从MN面上射出,最右边射向半球的光线③与球面 相切,入射角θ1=90°,由折射定律知: ?2 ? sin?1 ? 2 , sin 解得:θ2=45°
n 2

故光线③将垂直MN射出,所以在MN上面射出光束宽度应为

OE=Rsinθ2=
答案: 2 R
2

2 R 2

一、选择题
1.下列说法中正确的是( )

A.因为水的密度大于酒精的密度,所以水是光密介质

B.因为水的折射率小于酒精的折射率,所以水对酒精来说是
光疏介质 C.同一束光,在光密介质中的传播速度较大 D.同一束光,在光密介质中的传播速度较小 【解析】选B、D.光在各种介质中的传播速度和介质相对真空

的折射率都是不同的.两种介质相比较,光在其中传播速度大,
而折射率小的介质叫光疏介质;光在其中传播速度小,而折 射率大的介质叫光密介质.

2.光从一种介质射到另一种介质时,全反射发生在(
A.折射率较小的介质中 B.折射率较大的介质中 C.光速较小的介质中 D.入射角小于临界角

)

【解析】选B、C.光从光密介质射到光疏介质才可能发生全反
射,全反射发生在折射率较大、光速较小的介质中.

3.(2011·福州高二检测)如图所示为光线由空气进入全反射 玻璃棱镜、再由棱镜射入空气的光路图.指出哪种情况是可以

发生的(

)

【解析】选A.光垂直等腰直角三角形的某直角边射入玻璃棱 镜时,在斜边发生全反射,故A正确.

4.(2011·广州高二检测)光线在玻璃和空气的分界面上发生 全反射的条件是( )

A.光从玻璃射到分界面上,入射角足够小

B.光从玻璃射到分界面上,入射角足够大
C.光从空气射到分界面上,入射角足够小 D.光从空气射到分界面上,入射角足够大 【解析】选B.发生全反射的条件:光由光密介质射入光疏介 质;入射角大于或等于临界角.故B正确.

5.(2011·南京高二检测)光线由某种介质射向与空气的分界
面,当入射角大于45°时折射光线消失,由此可断定这种介 质的折射率是(
2 A.n ? 2 1 C.n ? 2

)
B.n ? 2 D.n ? 2

【解析】选B.入射角大于45°时折射光线消失,即这种介质 的临界角C=45°,所以n= 1 ? 2, 故B正确.
sinC

6.光从介质a射向介质b,如果要在a、b介质的分界面上发生

全反射,那么必须满足的条件是(

)

A.光在介质a中的速度必须大于介质b中的速度 B.a是光密介质,b是光疏介质

C.光的入射角必须大于或等于临界角
D.必须是单色光 【解析】选B、C.由 v ? c ,折射率大的,在介质中的传播速度 小,根据全反射的条件,则a是光密介质、折射率大、在介质 中的传播速度小.故B、C正确.
n

7.(2011·济宁高二检测)如图所示, 一个透明玻璃球的折射率为 2,一束 足够强的细光束在过球心的平面内,

以45°入射角由真空射入玻璃球后,
在玻璃球与真空的交界面处发生多次反射和折射,从各个方 向观察玻璃球,能看到从玻璃球内射出的光线的条数是( )

A.2

B.3

C.4

D.5

【解析】选B.sinC ? 1 ? 2 ,C ? 45?;n ? sin45?,? ? 30?. 光路图如图所示.所以共3条射出玻璃球.
n 2 sin?

二、非选择题 8.如图所示,水的折射率为n,水面上漂浮着一圆木板,圆木 板中央插着一根大头针,且在水中部分长为h.若从圆木板四

周恰好看不到大头针的顶尖P,则圆木板的面积为_____.

【解析】当P点光线射到木板边缘时恰好发生全反射,即在空 气中没有出射光线,则圆板半径r=htanC,又由全反射公式
1 n2 ?1 1 h sinC ? ,cosC ? ,即tanC ? ,则r ? . 2 2 n n n ?1 n ?1 ?h 2 2 面积S ? ?r ? 2 . n ?1 2 答案: ?h n2 ?1

9.(2011·东城区高二检测)利用插针法可以测量半圆柱形玻 璃砖的折射率.实验方法如下:在白纸上做一条直线MN,并作 出它的一条垂线AB,将半圆柱形玻璃砖(底面的圆心为O)放在 白纸上,它的直边与直线MN对齐,在垂线AB上插两枚大头针 P1和P2,然后在半圆柱形玻璃砖的右侧插上适量的大头针, 可以确定光线P1P2通过半圆柱形玻璃砖后的光路,从而求出 玻璃的折射率.实验室中提供的器材除了半圆柱形玻璃砖、木

板和大头针外,还有量角器等.

(1)某学生用上述方法测量玻璃的折射率,在他画出的垂线AB
上竖直插上了P1、P2两枚大头针,但在半圆柱形玻璃砖右侧 的区域内,不管眼睛放在何处,都无法透过半圆柱形玻璃砖 同时看到P1、P2的像,原因是_______,他应该采取的措施是 _________________________________________. (2)为了确定光线P1P2通过半圆柱形玻璃砖后的光路,在玻璃 砖的右侧,最少应插_____枚大头针. (3)请在半圆柱形玻璃砖的右侧估计所插大头针的可能位置,

并用“×”表示,作出光路图.为了计算折射率,应该测量的
量(在光路图上标出),有:________,计算折射率的公式是 _____________.

【解析】在玻璃球右侧看不到像,从玻璃射出时,入射角太 大,发生了全反射;把P1、P2向下平移,以便减小入射角;

由于光线垂直MN射入玻璃球,所以在右侧只需要插1枚大头针
即可确定光线;光路图如图所示.用量角器量出入射角θ和折 射角α,根据折射定律,得 n ?
sin? . sin?

答案:(1)发生了全反射 (3)见解析图

P1、P2向下平移
n? sin? sin?

(2)1

入射角θ、折射角α

10.(2011·聊城高二检测)一足够深的 水池内盛有某种透明液体,液体的深度 为H,在水池的底部中央放一点光源,其 中一条光线以30°入射角射到液体与空 气的界面上,它的反射光线与折射光线的夹角为105°,如图 所示.求:

(1)这种液体的折射率;
(2)液体表面亮斑的面积.

【解析】(1)由于反射光线与折射光线的夹角为105°,入射
角i=30°,则折射角r=45°;n= sinr ? 2.
sini

(2)sinC ? 1 ? 2 ,C ? 45?. 所以亮斑的半径R=H,光斑面积S=πR2=πH2. 答案:(1) 2 (2)πH2
n 2

【方法技巧】如何寻找光线照射的范围 求光线照射的范围时,关键是如何找出边界光线,如果发生 全反射,刚好能发生全反射时的临界光线就是一条边界光线, 而另一条光线可以通过分析找出.确定临界光线时,关键是确

定光线在什么位置时入射角等于临界角.


相关文章:
(精品)高二物理教案:13.2 光的全反射 (新人教版选修3-4)
(精品)高二物理教案:13.2 光的全反射 (新人教版选修3-4)_高二理化生_理化生_高中教育_教育专区。高二物理教案 13.2 全反射【教学目标】(一)知识与技能 1....
2012高中物理 13.2 全反射每课一练 新人教版选修3-4
2012高中物理 13.2 全反射每课一练 新人教版选修3-4 隐藏>> 亿库教育网 http://www.eku.cc 13.2 全反射 每课一练(人教版选修 3-4) 1.已知水、水晶...
2014高中物理 4.3 光的全反射 同步练习2(教科版选修3-4)
搜 试试 7 帮助 全部 DOC PPT TXT PDF XLS 百度文库 教育专区 高中教育 ...2014高中物理 4.3 光的全反射 同步练习2(教科版选修3-4) 暂无评价|0人阅读|...
新人教版 物理 配套练习2.1 光的折射 全反射 选修3-4
搜 试试 帮助 全部 DOC PPT TXT PDF XLS ...2012高考复习(人教)课时... 6页 免费 选修3-4...版 物理 配套练习2.1 光的折射 全反射 选修3-4...
物理:13.6-13.8光的偏振 全反射 激光(新人教版选修3-4)
(新人教版物理选修3-4)13... 6页 免费 物理:13.2全反射课件... 34...的学习打基础.临界角是几何光学中一个非常重要的概念, 但在高中阶段不深入讨论...
新人教版高中物理选修3-4 模块综合试题及答案4
新人教版高中物理选修3-4 模块综合试题及答案4_理化...图4 9、为了验证光的波粒象性,在双缝干涉实验中...成 60°角,并在棱镜另一侧面 上恰好发生全反射。...
新人教版高中物理选修3-4 模块综合试题及答案2
搜 试试 7 帮助 全部 DOC PPT TXT PDF XLS ...新人教版高中物理选修3-4 模块综合试题及答案2_理化...因光线在玻璃中发生全反射 1 2 的临界角的正弦值...
《金版新学案》2012届高考物理一轮复习 第2章2-1光的折射 全反射 光的波动性 新人教版选修3-4
《金版新学案》2012高考... 成才之路物理3-2交流电课件... 成才之路物理3...高考物理一轮复习 第2章2-1光的折射 全反射 光的波动性 新人教版选修3-4...
2016高考物理总复习 3光的折射 全反射检测试题 新人教版选修3-4
2016高考物理总复习 3光的折射 全反射检测试题 新人教版选修3-4_理化生_高中...(2012·四川)a、b 两种单色光组成的光束从介质进入空气时,其折射光束 如图所示...
更多相关标签:
人教版物理选修3 1 | 人教版物理选修3 5 | 人教版物理选修3 3 | 人教版物理选修3 4 | 人教版高二物理选修31 | 人教版物理选修1 1 | 人教版物理选修3 2 | 人教版高中物理选修31 |