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1、2全反射,一、光疏介質(zhì)和光密介質(zhì),較小,較大,小,小于,大于,二、全反射及其條件1.全反射及臨界角的概念:(1)全反射:當光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時,同時發(fā)生折射和反射。當入射角增大到某一角度,使折射角達到_時,折射光_,只剩下反射光的現(xiàn)象。(2)臨界角:剛發(fā)生全反射(即折射角等于_)時的_,用字母C表示。,90,完全消失,90,入射角,2.全反射的條件:(1)光由_介質(zhì)射入_介質(zhì)。(2)入射角_或_臨界角。,光密,光疏,大于,等于,3.臨界角與折射率的關系:(1)定量關系:光由某種介質(zhì)射入空氣(或真空)時,sinC=_。(2)定性關系:介質(zhì)的折射率越大,發(fā)生全反射的臨界角_,越容易發(fā)生全反射

2、。,越小,三、全反射的應用1.全反射棱鏡:(1)形狀:截面為_三角形的棱鏡。(2)光學特性。當光垂直于截面的直角邊射入棱鏡時,光在截面的斜邊上發(fā)生_,光射出棱鏡時,傳播方向改變了_。,等腰直角,全反射,90,當光垂直于截面的斜邊射入棱鏡時,在兩個直角邊上各發(fā)生一次_,使光的傳播方向改變了_。,全反射,180,2.光導纖維及其應用:(1)原理:利用了光的_。(2)構造:光導纖維是非常細的特制玻璃絲,由內(nèi)芯和外套兩層組成。內(nèi)芯的折射率比外套的大,光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生_。,全反射,全反射,【預習診斷】1.請判斷下列說法的正誤。(1)入射角大于臨界角就會發(fā)生全反射現(xiàn)象。()(2)光密介質(zhì)是

3、指密度大的介質(zhì)。()(3)一種介質(zhì)不是光疏介質(zhì)就是光密介質(zhì)。(),(4)光由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)后速度減小。()(5)光由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時才能發(fā)生全反射。()(6)臨界角與折射率成反比。(),提示:(1)。發(fā)生全反射的兩個條件缺一不可,光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)。(2)。光密介質(zhì)是指折射率大的介質(zhì)。(3)。一種介質(zhì)究竟是光疏介質(zhì)還是光密介質(zhì)是相對其他介質(zhì)而言的。,(4)。光密介質(zhì)的折射率大,光在其中的傳播速度小。(5)。光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時才能發(fā)生全反射。(6)。臨界角隨折射率的增大而減小,但不是反比關系。,2.關于全反射,下列敘述中正確的是()A.發(fā)生全反射時仍有折射光線,只是

4、折射光線非常弱B.光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時,一定會發(fā)生全反射現(xiàn)象C.光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時,可能不發(fā)生全反射現(xiàn)象D.光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時,可能發(fā)生全反射現(xiàn)象,【解析】選C。全反射發(fā)生的條件是光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)和入射角大于等于臨界角,二者缺一不可,故選項B、D錯誤,C正確;發(fā)生全反射時,折射光線全部消失,只剩下反射光線,選項A錯誤。,3.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)(),A.圖乙、丙、丁B.圖乙、丁C.圖乙、丙D.圖甲、丙,【解析】選B。題圖甲、乙,光由空氣進入玻璃,由光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì),應有12,乙正確,甲錯誤;題圖丙、

5、丁,光由玻璃進入空氣中,sinCb,光在真空中的傳播速度相等,A錯誤;由=得B錯誤;由v=和t=得C正確;根據(jù)sinC=得D錯誤。,3.如圖所示,直角三角形ABC為一三棱鏡的截面,A=30。一束單色光從空氣射向BC上的E點,并偏折到AB上的F點,光線EF平行于底邊AC。已知入射方向與BC的夾角=30。試通過計算判斷光在F點能否發(fā)生全反射。,【解析】光線在BC界面的入射角1=60,折射角2=30。根據(jù)折射定律,得n=由幾何關系知,光線在AB界面的入射角為3=60,因此sin3=,而棱鏡對空氣的臨界角C的正弦值sinC=則由sin3sinC知,在AB界面的入射角3C,所以光線在F點將發(fā)生全反射。答

6、案:見解析,4.如圖所示,一束光線從空氣射入某介質(zhì),入射光線與反射光線夾角為90,折射光線與入射光線延長線間夾角為15,求:,(1)該介質(zhì)的折射率。(2)光在該介質(zhì)中傳播的速度。(3)當光從介質(zhì)射入空氣時的臨界角。,【解析】(1)由反射定律可知=,由于+=90,故入射角=45;由圖可知r+=45,由于=15,故折射角r=30,所以該介質(zhì)的折射率n=(2)由折射率與速度的關系n=得v=m/s=2.12108m/s,(3)光從介質(zhì)射入空氣時臨界角的正弦值sinC=故臨界角C=45答案:(1)(2)2.12108m/s(3)45,知識點二光導纖維探究導入:如圖所示是光導纖維的結構示意圖,其內(nèi)芯和外套

7、由兩種光學性能不同的介質(zhì)構成,內(nèi)芯對光的折射率要比外套對光的折射率高。請問:在制作光導纖維時,選用的材料為什么要求內(nèi)芯對光的折射率要比外套對光的折射率高?,提示:光只有滿足從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì),才會發(fā)生全反射。而光導纖維要傳播加載了信息的光,需要所有光在內(nèi)芯中經(jīng)過若干次反射后,全部到達目的地,所以需要發(fā)生全反射,故內(nèi)芯對光的折射率必須要比外套對光的折射率高。,【歸納總結】1.構造及傳播原理:(1)構造:光導纖維是一種透明的玻璃纖維絲,直徑只有1100m,如圖所示,它是由內(nèi)芯和外套兩層組成,內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率。,(2)傳播原理:光由一端進入,在兩層的界面上經(jīng)過多次全反射,從另一端射出

8、,光導纖維可以遠距離傳播光,光信號又可以轉(zhuǎn)換成電信號,進而變?yōu)槁曇簟D像。,2.光導纖維的折射率:設光導纖維的折射率為n,當入射角為1時,進入端面的折射光線傳到側面時恰好發(fā)生全反射,如圖所示,則有:sinC=C+2=90,由以上各式可得:sin1=,由圖可知:當1增大時,2增大,而從纖維射向空氣中光線的入射角減小,當1=90時,若=C,則所有進入纖維中的光線都能發(fā)生全反射,即解得n=,以上是光從纖維射向真空時得到的折射率,由于光導纖維包有外套,外套的折射率比真空的折射率大,因此折射率要比大些。,【典題過關】【典例】如圖所示,一根長為l=5.0m的光導纖維用折射率n=的材料制成。一束激光由其左端

9、的中心點以45的入射角射入光導纖維內(nèi),經(jīng)過一系列全反射后從右端射出,則:,(1)該激光在光導纖維中的速度v是多大?(2)該激光在光導纖維中傳輸所經(jīng)歷的時間是多少?,【正確解答】(1)由n=可得v=2.1108m/s。(2)由n=可得光線從左端面射入后的折射角為30,射到側面時的入射角為60,大于臨界角45,因此發(fā)生全反射。同理光線每次在側面都將發(fā)生全反射,直到光線到達右端面。由幾何關系可以求出光線在光導纖維中通過的總路程s=,因此該激光在光導纖維中傳輸所經(jīng)歷的時間t=2.710-8s。,答案:(1)2.1108m/s(2)2.710-8s,【過關訓練】光導纖維的結構如圖所示,其內(nèi)芯和外套材料不

10、同,光在內(nèi)芯中傳播。以下關于光導纖維的說法正確的是(),A.內(nèi)芯的折射率比外套的大,光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射B.內(nèi)芯的折射率比外套的小,光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射,C.內(nèi)芯的折射率比外套的小,光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生折射D.內(nèi)芯的折射率與外套的相同,外套的材料有韌性,可以起保護作用,【解析】選A。光導纖維內(nèi)芯的折射率比外套的大,光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射,故選項A對,選項B、C、D錯誤。,【補償訓練】1.光纖通信是一種現(xiàn)代化的通信手段,它可以為客戶提供大容量、高速度、高質(zhì)量的通信服務,為了研究問題方便,我們將光導纖維簡化為一根長直玻璃管,如圖所示。

11、設此玻璃管長為L,折射率為n。已知從玻璃管左端面射入玻璃內(nèi)的光線,在玻璃管的側面上恰好能發(fā)生全反射,最后從玻璃管的右端面射出。設光在真空中的傳播速度為c,則光通過此段玻璃管所需的時間為(),【解析】選A。用C表示臨界角,則有sinC=,則光在玻璃管中的傳播速度為v=。光在沿玻璃管軸線的方向上做勻速傳播。所用時間為t=故A正確。,2.如圖所示,AB為光導纖維,A、B之間距離為s,使一光脈沖信號從光導纖維中間入射,射入后在光導纖維與空氣的界面上恰好發(fā)生全反射,由A點傳輸?shù)紹點所用時間為t,求光導纖維所用材料的折射率n。,【解析】設介質(zhì)的折射率為n,則有sin=sinC=n=t=由以上三式解得t=所以n=。答案:,【拓展例題】考查內(nèi)容:全反射中光線范圍的確定【典例】如圖所示,在桌面上有一倒立的玻璃圓錐,其頂點恰好與桌面接觸,圓錐的軸(圖中虛線)與桌面垂直,過軸線的截面為等邊三角形。有一半徑為r的圓柱形平行光束垂直入射到圓錐的底面上,光束的中心軸與圓錐的軸重合。已知玻璃的折射率為1.5,則光束在桌面上形成的光斑半徑為(),A.rB.1.5rC.2rD.2.5r,【正確解答】選C。由sinC=即C60,故光線首先發(fā)生全反射,作出光路圖如圖所示,由圖中幾何關系可得rtan60=(R+r)tan30,故R=2r,所以選項C正確。,