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第4章,光的折射与全反射,第2讲 光的全反射 光导纤维及其应用,目标定位 1.知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念. 2.理解全反射的条件，能计算有关问题和解释相关现象. 3.了解光导纤维的工作原理和光导纤维在生产、生活中的应用. 4.知道全反射棱镜的原理,栏目索引 CONTENTS PAGE,一、全反射及其产生条件,1全反射：光从某种介质入射到空气中时，折射角 入射角，当入射角增大到一定程度时， 光线完全消失，全部光线都被反射回介质内这种现象称为全反射现象，简称全反射,大于,折射,2临界角：刚好发生全反射(即折射角变为90)时的 . 公式：sin C,入射角,3光疏介质和光密介质 折射率较 的介质叫做光疏介质，折射率较 的介质叫做光密介质 4发生全反射的条件：光由 介质射入 介质，且入射角 临界角,小,大,光密,光疏,大于等于,想一想 当光从水中射入玻璃的交界面时，只要入射角足够大就会发生全反射，这种说法正确吗？为什么？ 答案 不正确要发生全反射必须光从光密介质射入光疏介质而水相对玻璃是光疏介质，所以不管入射角多大都不可能发生全反射,二、对全反射现象的解释,1全反射现象：海水的浪花呈白色、鱼缸中上升的气泡亮晶晶，在沙漠里看到的蜃景、炎热夏天的路面格外明亮光滑 2全反射棱镜 全反射棱镜的截面为 三角形它的反射性能比镀银的平面镜 ，精密的光学仪器用它代替镀银平面镜来反射光线,等腰直角,更好,三、光导纤维及其应用,1光导纤维的工作原理 (1)光导纤维：把石英玻璃拉成直径几微米到几十微米的细丝，然后再包上折射率比它 的材料，就制成了光导纤维，简称光纤 (2)传导原理：光纤一般由折射率较 的玻璃内芯和折射率较 的外层透明介质组成光在光导纤维内传播时，由光密介质(n1)入射到光疏介质(n2)，若入射角 ，光就会在光纤内不断发生全反射,小,高,低,iC,2光纤通信 光导纤维具有质地轻、弯曲自如、传光效率高、抗机械振动、耐腐蚀性好、能量损耗 、抗干扰能力 、保密性好等优点，光纤通信的容量比微波通信高103104倍,小,强,一、对全反射的理解,1对光疏介质和光密介质的理解 (1)光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对的意义 (2)光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中传播速度小 (3)光若从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角；反之，光由光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角 (4)光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的密度大小,2全反射 (1)临界角：折射角为90时的入射角称为全反射的临界角，用C表示，sin C . (2)全反射的条件：光由光密介质射向光疏介质；入射角大于等于临界角 (3)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,例1 关于全反射，下列叙述中正确的是( ) A发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非常弱 B光从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象 C光从光密介质射向光疏介质时，可能不发生全反射现象 D光从光疏介质射向光密介质时，可能发生全反射现象,解析 发生全反射时折射光线的能量为零，折射光线消失，选项A错误； 发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于等于临界角，二者缺一不可，选项B、D错误选项C正确 答案 C,针对训练 某种介质对空气的折射率是 ，一束光从该介质射向空气，入射角是60，则下列光路图中正确的是(图中为空气，为介质)( ),答案 D,二、全反射的应用,1全反射棱镜 (1)特点： 当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，与平面镜相比，它的反射率更高 反射面不必涂敷任何反光物质，反射时失真小 (2)全反射棱镜改变光路的两种常见情况如图1甲、乙所示,图1,2光导纤维 (1)原理：内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射 (2)优点：容量大，衰减小，抗干扰性强等 (3)应用：光纤通讯，医学上的内窥镜等,例2 光导纤维的结构如图2所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播，以下关于光导纤维的说法正确的是( ) A内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射 B内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射,C内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面发生折射 D内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用 解析 光导纤维的内芯折射率大于外套的折射率，光在由内芯射向外套时，在其界面处发生全反射，从而使光在内芯中传播，A对 答案 A,三、全反射的定量计算,应用全反射解决实际问题的基本方法： 1确定光是由光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质 2若光由光密介质进入光疏介质时，根据sin C 确定临界角，看是否发生全反射 3根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路” 4运用几何关系(如三角函数、反射定律等)进行判断推理，运算及变换,例3 一厚度为h的大平板玻璃水平放置，其下表面贴有一半径为r的圆形发光面在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折射率 解析 如图，从图形发光面边缘的A点发出的一条光线射到玻璃上表面A点恰好发生全反射，则,1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( ) Aa是光密介质，b是光疏介质 B光在介质a中的速度必须大于在介质b中的速度 C光的入射角必须大于或等于临界角 D光的入射角必须小于临界角,对全反射的理解,AC,2光在某种介质中的传播速度是1.5108 m/s，光从该介质射向空气时( ) A介质的临界角是30 B大于或等于30的所有角都是临界角 C入射角大于或等于30时都能发生全反射 D临界角可能是60L,AC,全反射的应用,3.空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图3所示方框内有两个折射率n1.5的玻璃全反射棱镜，下图给出了两棱镜四种放置方式的示意图其中能产生图中效果的是( ),图3,解析 四个选项产生光路效果如图所示：,由图可知B项正确 答案 B,4.图示4为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图，玻璃丝长为L，折射率为n，AB代表端面已知光在真空中的传播速度为c. (1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播 到另一端面，求光线在端面AB上的入射角应满足 的条件；,图4,解析 (1)设光线在端面AB上C点(如图)的入射角为i，折射角为r，由折射定律有 sin insin r 设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为，为了使该光线可在此光导纤维中传播，应有 式中是光线在玻璃丝内发生全反射的临界角，它满足nsin 1 由几何关系得r90,(2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间,
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