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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(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí),同時(shí)發(fā)生折射和反射。當(dāng)入射角增大到某一角度,使折射角達(dá)到_____時(shí),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(shí)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(guān)系:(1)定量關(guān)系:光由某種介質(zhì)射入空氣(或真空)時(shí),
2、sinC=____。(2)定性關(guān)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。,越小,,三、全反射的應(yīng)用1.全反射棱鏡:(1)形狀:截面為_________三角形的棱鏡。(2)光學(xué)特性。①當(dāng)光垂直于截面的直角邊射入棱鏡時(shí),光在截面的斜邊上發(fā)生_______,光射出棱鏡時(shí),傳播方向改變了_____。,等腰直角,全反射,90,,②當(dāng)光垂直于截面的斜邊射入棱鏡時(shí),在兩個(gè)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(dǎo)纖維及其應(yīng)用:(1)原理:利用了光的_______。(2)構(gòu)造:光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲,由內(nèi)芯和外套兩層組成
3、。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,全反射,,【預(yù)習(xí)診斷】1.請判斷下列說法的正誤。(1)入射角大于臨界角就會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。()(2)光密介質(zhì)是指密度大的介質(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(shí)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(gè)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
4、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(shí)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(guān)系。,,2.關(guān)于全反射,下列敘述中正確的是()A.發(fā)生全反射時(shí)仍有折射光線,只是折射光線非常弱B.光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí),一定會(huì)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(shí),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(shí),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(xiàng)B、D錯(cuò)誤,C正確;發(fā)生全反射時(shí),折射光線全部消失,只剩下反射光線,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。,,3.光線由空氣透過半圓形玻璃磚,再射入空
5、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(jìn)入玻璃,由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì),應(yīng)有θ1>θ2,乙正確,甲錯(cuò)誤;題圖丙、丁,光由玻璃進(jìn)入空氣中,sinCνb,光在真空中的傳播速度相等,A錯(cuò)誤;由λ=得B錯(cuò)誤;由v=和t=得C正確;根據(jù)sinC=得D錯(cuò)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(diǎn),并偏折到AB上的F點(diǎn),光線EF平行于底邊AC。已知入射方向與BC的夾角θ=30。試通過計(jì)算判斷光在F點(diǎn)能否發(fā)生
6、全反射。,,【解析】光線在BC界面的入射角θ1=60,折射角θ2=30。根據(jù)折射定律,得n=由幾何關(guān)系知,光線在AB界面的入射角為θ3=60,因此sinθ3=,,而棱鏡對空氣的臨界角C的正弦值sinC=則由sinθ3>sinC知,在AB界面的入射角θ3>C,所以光線在F點(diǎn)將發(fā)生全反射。答案: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θ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(dāng)光從介質(zhì)射入空氣時(shí)的臨界角。,,【解析】(1)由反射定律可知α=β,由于α+β=90,故入射角α=45;由圖可知r+θ=
7、α=45,由于θ=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(guān)系n=得v=m/s=2.12108m/s,,(3)光從介質(zhì)射入空氣時(shí)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(diǎn)二光導(dǎo)纖維探究導(dǎo)入:如圖所示是光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)示意圖,其內(nèi)芯和外套由兩種光學(xué)性能不同的介質(zhì)構(gòu)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(dǎo)纖維時(shí),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(huì)發(fā)生全反射。而光導(dǎo)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
8、部到達(dá)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(jié)】1.構(gòu)造及傳播原理:(1)構(gòu)造:光導(dǎo)纖維是一種透明的玻璃纖維絲,直徑只有1～100μm,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(jìn)入,在兩層的界面上經(jīng)過多次全反射,從另一端射出,光導(dǎo)纖維可以遠(yuǎn)距離傳播光,光信號又可以轉(zhuǎn)換成電信號,進(jìn)而變?yōu)槁曇?、圖像。,,2.光導(dǎo)纖維的折射率:設(shè)光導(dǎo)纖維的折射率為n,當(dāng)入射角為θ1時(shí),進(jìn)入端面的折射光線傳到側(cè)面時(shí)恰好發(fā)生全反射,如圖所示,則有:sinC=C+θ2=90,由以上各式可得:sinθ1=,,由圖可知:當(dāng)θ
9、1增大時(shí),θ2增大,而從纖維射向空氣中光線的入射角θ減小,當(dāng)θ1=90時(shí),若θ=C,則所有進(jìn)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(shí)得到的折射率,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,因此折射率要比大些。,,【典題過關(guān)】【典例】如圖所示,一根長為l=5.0m的光導(dǎo)纖維用折射率n=的材料制成。一束激光由其左端的中心點(diǎn)以45的入射角射入光導(dǎo)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(dǎo)纖維中的速度v是多大?(2)該激光在光導(dǎo)纖維中傳輸所經(jīng)歷的時(shí)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
10、后的折射角為30,射到側(cè)面時(shí)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(cè)面都將發(fā)生全反射,直到光線到達(dá)右端面。由幾何關(guān)系可以求出光線在光導(dǎo)纖維中通過的總路程s=,因此該激光在光導(dǎo)纖維中傳輸所經(jīng)歷的時(shí)間t==2.710-8s。,,答案:(1)2.1108m/s(2)2.710-8s,【過關(guān)訓(xùn)練】光導(dǎo)纖維的結(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。以下關(guān)于光導(dǎo)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(shí)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(shí)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(shí)在內(nèi)芯與外套的
11、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(hù)作用,,【解析】選A。光導(dǎo)纖維內(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,故選項(xiàng)A對,選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤。,,【補(bǔ)償訓(xùn)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(wù),為了研究問題方便,我們將光導(dǎo)纖維簡化為一根長直玻璃管,如圖所示。設(shè)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(cè)面上恰好能發(fā)生全反射,最后從玻璃管的右端面射出。設(shè)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(shí)間為(),,【解析】選A。用C表示臨界角,則有sinC
12、=,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(shí)間為t=故A正確。,,2.如圖所示,AB為光導(dǎo)纖維,A、B之間距離為s,使一光脈沖信號從光導(dǎo)纖維中間入射,射入后在光導(dǎo)纖維與空氣的界面上恰好發(fā)生全反射,由A點(diǎn)傳輸?shù)紹點(diǎn)所用時(shí)間為t,求光導(dǎo)纖維所用材料的折射率n。,,【解析】設(shè)介質(zhì)的折射率為n,則有sinα=sinC=①n=②t=③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(diǎn)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C<60,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(guān)系可得rtan60=(R+r)tan30,故R=2r,所以選項(xiàng)C正確。,
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