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成才之路 物理 路漫漫其修遠(yuǎn)兮吾將上下而求索 人教版 選修3 4 機(jī)械波 第十三章 第二節(jié)全反射 第十二章 沙漠中的旅行者急于找到水源時 有時會意外地看到前方有一片晶瑩的 水面 而當(dāng)他們向前走去時 水面 卻是可望而不可即 原來這就是 蜃景 這種現(xiàn)象是怎樣形成的呢 光疏介質(zhì)和光密介質(zhì) 較小 較大 小 小于 大于 1 定義當(dāng)入射角增大到某一角度 使折射角達(dá)到 時 折射光完全消失 只剩下 這種現(xiàn)象叫做全反射 這時對應(yīng)的 叫做臨界角 2 發(fā)生全反射的條件 1 光由 介質(zhì)射入 介質(zhì) 2 入射角 或 臨界角 全反射 90 反射光 入射角 光密 光疏 大于 等于 越小 1 全反射棱鏡 1 構(gòu)造 截面為 的棱鏡叫全反射棱鏡 2 光學(xué)特性 當(dāng)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 當(dāng)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 全反射的應(yīng)用 等腰直角三角形 全反射 90 全反射 180 3 主要優(yōu)點 光垂直于它的一個界面射入后 都會在其內(nèi)部發(fā)生 與平面鏡相比 它的反射率 反射面不必涂敷任何反光物質(zhì) 反射時 全反射 很高 失真小 2 光導(dǎo)纖維 1 原理 利用了光的 2 構(gòu)造 光導(dǎo)纖維是一種透明的玻璃纖維絲 直徑只有1 100 m左右 如圖所示 它是由內(nèi)芯和外套兩層組成 內(nèi)芯的折射率 外套的折射率 光由一端進(jìn)入 在內(nèi)芯和外套的界面上經(jīng)多次 從另一端射出 3 主要優(yōu)點 容量大 損耗小 抗干擾能力強(qiáng) 等 全反射 大于 全反射 能量 保密性好 一 對光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解1 相對性光疏介質(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 n 1 55 對玻璃 n 1 5 是光密介質(zhì) 而對金剛石來說 n 2 427 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) 是不確定的 2 與介質(zhì)密度無關(guān)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) 3 光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的比較 下列說法正確的是 A 因為水的密度大于酒精的密度 所以水是光密介質(zhì)B 因為水的折射率小于酒精的折射率 所以水對酒精來說是光疏介質(zhì)C 同一束光 在光密介質(zhì)中的傳播速度較大D 同一束光 在光密介質(zhì)中的傳播速度較小答案 BD 解析 因為水的折射率為1 33 酒精的折射率為1 36 所以水對酒精來說是光疏介質(zhì) 由v c n可知 光在光密介質(zhì)中的速度較小 3 產(chǎn)生全反射現(xiàn)象的條件 1 光從光密介質(zhì)射到它與光疏介質(zhì)的界面上 2 入射角等于或大于臨界角 4 全反射現(xiàn)象中的能量分配關(guān)系 1 折射角隨入射角的增大而增大 折射角增大的同時 折射光線的強(qiáng)度減弱 即折射光線的能量減小 亮度減弱 而反射光線增強(qiáng) 能量增大 亮度增加 2 當(dāng)入射角增大到某一角度時 即臨界角 折射光能量減到零 入射光的能量全部反射回來 這就是全反射現(xiàn)象 夏季的早晨 從某一方向看植物葉子上的露珠會格外明亮 玻璃中的氣泡從側(cè)面看也是特別明亮 這是什么道理呢 解析 光照射露珠或經(jīng)玻璃照射氣泡時 一部分光會發(fā)生全反射 有更多的光反射到人的眼晴中 光的能量大了 人就會感覺特別明亮 對全反射的理解 答案 BCD 答案 BC 解析 小魚下潛一點后 它的入射角變小 光線能折射出水面 人能看到魚 同理 魚上浮一點 入射角大于臨界角 發(fā)生全反射 所以 B C正確 A D錯誤 自行車的尾燈采用了全反射棱鏡的原理 它雖然本身不發(fā)光 但在夜間騎行時 從后面開來的汽車發(fā)出的強(qiáng)光照到尾燈后 會有較強(qiáng)的光被反射回去 使汽車司機(jī)注意到前面有自行車 尾燈由透明介質(zhì)制成 其外形如圖甲所示 下面說法正確的是 全反射的應(yīng)用 A 汽車燈光從左面射過來 在尾燈的左表面發(fā)生全反射B 汽車燈光從左面射過來 在尾燈的右表面發(fā)生全反射C 汽車燈光從右面射過來 在尾燈的左表面發(fā)生全反射D 汽車燈光從右面射過來 在尾燈的右表面發(fā)生全反射答案 C 華裔科學(xué)家高錕獲得2009年諾貝爾物理獎 他被譽(yù)為 光纖通信之父 光纖通信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 下列關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法中正確的是 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 波長越短的光在光纖中傳播的速度越大D 頻率越大的光在光纖中傳播的速度越大答案 A 在海面平靜的日子 站在海邊有時可以看到遠(yuǎn)處的空中出現(xiàn)了高樓聳立 街道棋布 山巒重疊等景象 這就是 海市蜃樓 這種現(xiàn)象是怎樣形成的呢 解析 當(dāng)大氣層比較平靜時 空氣的密度隨溫度的升高而減小 對光的折射率也隨之減小 海面上空氣的溫度比空中低 空氣的折射率下層比上層大 我們可以粗略地把空中的大氣分成許多水平的空氣層 如圖1所示 下層的折射率較大 開放 探究 遠(yuǎn)處的景物發(fā)出的光線射向空中時 不斷被折射 射向折射率較低的上一層的入射角越來越大 當(dāng)光線的入射角大到臨界角時 就會發(fā)生全反射現(xiàn)象 光線就會從高空的空氣層中通過空氣的折射逐漸返回折射率較低的下一層 在地面附近的觀察者就可以觀察到由空中射來的光線形成的虛像 這就是海市蜃樓的景象 如圖2所示 請解釋本節(jié) 課堂情景切入 中提出的沙漠 蜃景 是怎樣形成的 答案 太陽照到沙地上 接近沙面的熱空氣層比上層空氣的密度小 折射率也小 從遠(yuǎn)處物體射向地面的光線 進(jìn)入折射率小的熱空氣層時被折射 入射角逐漸增大 也可能發(fā)生全反射 人們逆著反射光線看去 就會看到遠(yuǎn)處物體的倒景 如下圖所示 仿佛是從水面反射出來的一樣 這就是沙漠中的蜃景