《2020版新教材高中物理 主題3 光及其應(yīng)用 2 全反射學(xué)案 新人教版必修第一冊》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2020版新教材高中物理 主題3 光及其應(yīng)用 2 全反射學(xué)案 新人教版必修第一冊(7頁珍藏版)》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、2全反射學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1理解光的全反射,會利用全反射解釋有關(guān)現(xiàn)象2理解臨界角的概念,能判斷是否發(fā)生全反射并能畫出相應(yīng)的光路圖(重點(diǎn))3了解全反射棱鏡和光導(dǎo)纖維知識點(diǎn)一| 全反射1.光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)光疏介質(zhì)光密介質(zhì)定義折射率較小的介質(zhì)折射率較大的介質(zhì)傳播速度光在光密介質(zhì)中的傳播速度比在光疏介質(zhì)中的傳播速度小折射特點(diǎn)光從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(shí),折射角小于入射角光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí),折射角大于入射角2.全反射及發(fā)生條件(1)全反射及臨界角的概念全反射:光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí),若入射角增大到某一角度,折射光線就會消失,只剩下反射光線的現(xiàn)象臨界角:剛好發(fā)生全反射,即折射角等于9
2、0時(shí)的入射角用字母C表示(2)全反射的條件要發(fā)生全反射,必須同時(shí)具備兩個(gè)條件:光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)入射角等于或大于臨界角(3)臨界角與折射率的關(guān)系光由介質(zhì)射入空氣(或真空)時(shí),sin_C(公式)1密度大的介質(zhì)就是光密介質(zhì)()2兩種介質(zhì)相比較,折射率大的介質(zhì)是光密介質(zhì)()3光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)具有絕對性()1只有一種介質(zhì)能否確定它是光密介質(zhì)還是光疏介質(zhì)?【提示】不能光密介質(zhì)、光疏介質(zhì)是對確定的兩種介質(zhì)相比較折射率而確定的,只有一種介質(zhì)是無法比較折射率的,從而無法確定它是光疏介質(zhì)還是光密介質(zhì)2為什么水中或玻璃中的氣泡看起來特別明亮?【提示】水或玻璃中的氣泡是光疏介質(zhì),光經(jīng)過水或玻璃照射氣泡時(shí),一
3、部分光會發(fā)生全反射,相對于其他物體而言,有更多的光反射到人眼中,就好像光是由氣泡發(fā)出的,因此人眼感覺氣泡特別明亮1.對光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是相對而言的,并沒有絕對的意義例如:水晶(n1.55)對玻璃(n1.5)是光密介質(zhì),而對金剛石(n2.42)來說,就是光疏介質(zhì)同一種介質(zhì)到底是光疏介質(zhì)還是光密介質(zhì),不是絕對的光疏和光密是從介質(zhì)的光學(xué)特性來說的,并不是它的密度大小例如,酒精的密度比水小,但酒精和水相比酒精是光密介質(zhì)由v可知:光在光密介質(zhì)中傳播速度比在光疏介質(zhì)中要小光在兩種介質(zhì)中傳播時(shí),由折射定律可知:n1sin 1n2sin 2,n1v1n2v2,由此可知:當(dāng)光從光密介質(zhì)
4、傳播到光疏介質(zhì)時(shí),折射角大于入射角;當(dāng)光從光疏介質(zhì)傳播到光密介質(zhì)時(shí),折射角小于入射角光在光疏介質(zhì)中傳播的速度大于光在光密介質(zhì)中傳播的速度2對全反射的理解(1)全反射是光的折射的特殊現(xiàn)象,全反射現(xiàn)象還可以從能量變化角度加以理解當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì),在入射角逐漸增大的過程中,反射光的能量逐漸增強(qiáng),折射光的能量逐漸減弱,當(dāng)入射角等于臨界角時(shí),折射光的能量已經(jīng)減弱為零,發(fā)生了全反射(2)全反射遵循的規(guī)律:光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)發(fā)生全反射時(shí),仍然遵守反射定律,有關(guān)計(jì)算仍依據(jù)反射定律進(jìn)行1.下列選項(xiàng)所示光線由空氣透過半圓形玻璃磚,再射入空氣的光路圖中,正確的是(玻璃的折射率為1.5)()解析:答案
5、:BDE2已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分別為1.33、1.55、1.60和1.63,如果光按以下幾種方式傳播,可能發(fā)生全反射的是()A從玻璃射入水晶B從水射入二硫化碳C從玻璃射入水中 D從水晶射入水E從玻璃射入二硫化碳解析:發(fā)生全反射的條件之一是光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì),光密介質(zhì)折射率較大,故A、C、D正確答案:ACD3為了測定某種材料制成的長方體的折射率,用一束光線從AB面以60入射角射入長方體時(shí)光線剛好不能從BC面射出,如圖所示,該材料的折射率是多少?解析:如題圖所示,根據(jù)折射定律:n由題意可知sin C而C90r由得cos r而cos r,代入得聯(lián)立和解得n.答案:解答全反射類問
6、題的技巧(1)光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)(2)入射角大于或等于臨界角(3)利用好光路圖中的臨界光線,準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關(guān)鍵,且在作光路圖時(shí)盡量與實(shí)際相符,這樣更有利于問題的分析知識點(diǎn)二| 全反射的應(yīng)用1全反射棱鏡:截面為等腰直角三角形的棱鏡,利用全反射改變光的方向2光導(dǎo)纖維:由折射率較大的內(nèi)芯和折射率較小的外套組成,光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射1光從密度大的介質(zhì)射入密度小的介質(zhì)時(shí)一定能發(fā)生全反射()2全反射棱鏡和平面鏡都是根據(jù)全反射原理()3光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)是容量大()微細(xì)的光纖封裝在塑料護(hù)套中,使得它能夠彎曲而不至于斷裂,光纖為什么要由兩層介質(zhì)構(gòu)成?【提
7、示】光纖的工作原理是全反射,要由兩種介質(zhì)配合才能產(chǎn)生全反射現(xiàn)象1對全反射棱鏡光學(xué)特性的兩點(diǎn)說明(1)當(dāng)光垂直于它的一個(gè)界面射入后,都會在其內(nèi)部發(fā)生全反射,與平面鏡相比,它的反射率很高(2)反射時(shí)失真小,兩種反射情況如圖甲、乙所示2光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用實(shí)際用的光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲,直徑只有幾微米到一百微米之間,由內(nèi)芯和外套兩層組成內(nèi)芯的折射率比外套的大,光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射,使反射光的能量最強(qiáng),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳送因此,光信號能攜帶著聲音、圖象以及各種數(shù)字信號沿著光纖傳輸?shù)胶苓h(yuǎn)的地方,實(shí)現(xiàn)光纖通信,其主要優(yōu)點(diǎn)是容量大,衰減小,抗干擾性強(qiáng)等醫(yī)學(xué)上用光導(dǎo)纖維制成內(nèi)窺鏡,用來檢查人
8、體的胃、腸等器官內(nèi)部,如圖所示4空氣中兩條光線a和b從方框左側(cè)入射,分別從方框下方和上方射出,其框外光線如圖所示,方框內(nèi)有兩個(gè)折射率為n1.5的全反射玻璃棱鏡在框內(nèi)畫出兩個(gè)棱鏡的放置方式并作出光路圖答案:5華裔科學(xué)家高錕被譽(yù)為“光纖通訊之父”光纖通訊中信號傳播的主要載體是光導(dǎo)纖維,它的結(jié)構(gòu)如圖所示,其內(nèi)芯和外套材料不同,光在內(nèi)芯中傳播內(nèi)芯的折射率比外套的_,光傳播時(shí)在內(nèi)芯與_的界面上發(fā)生全反射解析:光纖內(nèi)芯比外套折射率大,在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射答案:大外套6如圖所示,一根長為L的直光導(dǎo)纖維,它的折射率為n.光從它的一個(gè)端面射入,從另一端面射出所需的最長時(shí)間為多少?(設(shè)光在真空中的光速為
9、c)解析:該題考查光導(dǎo)纖維的全反射及光速問題由題中的已知條件可知,要使光線從光導(dǎo)纖維的一端射入,然后從它的另一端全部射出,必須使光線在光導(dǎo)纖維中發(fā)生全反射現(xiàn)象要使光線在光導(dǎo)纖維中經(jīng)歷的時(shí)間最長,就必須使光線的路徑最長,即光對光導(dǎo)纖維的入射角最小,光導(dǎo)纖維的臨界角為Carcsin.光在光導(dǎo)纖維中傳播的路程為dnL,光在光導(dǎo)纖維中傳播的速度為v,所需的最長時(shí)間為tmax.答案:對光導(dǎo)纖維折射率的要求設(shè)光導(dǎo)纖維的折射率為n,當(dāng)入射光線的入射角為1時(shí),進(jìn)入端面的折射光線傳到側(cè)面時(shí)恰好發(fā)生全發(fā)射,如圖所示,則有:sin C,n,C290,由以上各式可得:sin 1.由圖可知:(1)當(dāng)1增大時(shí),2增大,而從纖維射向空氣中光線的入射角減小(2)當(dāng)190時(shí),若C,則所有進(jìn)入纖維中的光線都能發(fā)生全反射,即有n,以上是光從纖維射向真空時(shí)得到的折射率(3)由于光導(dǎo)纖維包有外套,外套的折射率比真空的折射率大,因此光導(dǎo)纖維折射率要比大些- 7 -