人教版選修34 第十三章2全反射 學(xué)案.doc

2全反射1全反射現(xiàn)象(1)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)辨誤區(qū)：區(qū)分光疏與光密介質(zhì)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是相對(duì)而言的，并沒有絕對(duì)意義。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。(2)全反射現(xiàn)象光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，折射角大于入射角，當(dāng)入射角增大到一定程度時(shí)，折射角會(huì)增大到90，此時(shí)折射光全部消失，入射光全部被反射回原介質(zhì)；當(dāng)入射角再增大時(shí)，入射光仍被界面全部反射回原介質(zhì)，這種現(xiàn)象叫做全反射。為什么水或玻璃中的氣泡看起來特別,明亮？水或玻璃中的氣泡相對(duì)于水是光疏介質(zhì)，光經(jīng)水或玻璃照射氣泡時(shí)，一部分光會(huì)發(fā)生全反射，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【例1】 下列說法正確的是()a因?yàn)樗拿芏却笥诰凭拿芏?，所以水是光密介質(zhì)b因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎剩运畬?duì)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)中的傳播速度較小解析：本題考查對(duì)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解。因?yàn)樗恼凵渎蕿?.33，酒精的折射率為1.36，所以水對(duì)酒精來說是光疏介質(zhì)；由vc/n可知，光在光密介質(zhì)中的速度較小。答案：bd2發(fā)生全反射的條件(1)臨界角的定義：折射角為90時(shí)的入射角稱為全反射的臨界角，簡稱臨界角，用c表示。(2)臨界角c的表達(dá)式：由折射定律知，光由某介質(zhì)射向真空(或空氣)時(shí)，若剛好發(fā)生全反射，則n，所以sin c。(3)全反射發(fā)生的條件光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；入射角大于或等于臨界角。點(diǎn)技巧：巧解全反射問題解決全反射的問題必須準(zhǔn)確地作出光路圖，熟練的應(yīng)用幾何知識(shí)分析各角度之間的關(guān)系，再根據(jù)入射角與臨界角的關(guān)系來判斷，同時(shí)不要只考慮臨界角，而忽略了光是由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)還是由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)。【例2】 如圖所示，一束光由空氣射到透明介質(zhì)的a點(diǎn)，入射角為i，則()a當(dāng)i足夠大時(shí)，在a點(diǎn)將發(fā)生全反射b當(dāng)i足夠大時(shí)，光從球內(nèi)向外射出時(shí)將發(fā)生全反射c無論i多大，在a點(diǎn)都不會(huì)發(fā)生全反射d無論i多大，光從球內(nèi)向外射出時(shí)，都不會(huì)發(fā)生全反射解析：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)才可能發(fā)生全反射，因此光在a點(diǎn)由空氣進(jìn)入介質(zhì)球時(shí)，肯定不能發(fā)生全反射。光從介質(zhì)球向外射出的入射角i是隨著i的增大而增大的，且i的增大只是逐漸接近臨界角，不可能大于臨界角。原因如下：在圖中，對(duì)于球上任意一點(diǎn)，球面法線一定過圓心o，設(shè)為光從a點(diǎn)射入時(shí)的折射角，i為光從b點(diǎn)射出時(shí)的入射角，它們?yōu)榈妊切蔚膬傻捉?，因此有i，根據(jù)折射定律n，得sin ，即隨著i的增大，增大，但顯然不能大于臨界角c，故i也不可能大于臨界角，即光從b點(diǎn)射出時(shí)，不可能發(fā)生全反射，在b點(diǎn)的反射光射向d點(diǎn)，從d點(diǎn)射出時(shí)也不會(huì)發(fā)生全反射。答案：cd3全反射的應(yīng)用(1)全反射棱鏡構(gòu)造：截面為等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡。對(duì)全反射棱鏡光學(xué)特性的兩點(diǎn)說明：當(dāng)光垂直于它的一個(gè)界面射入后，都會(huì)在其內(nèi)部發(fā)生全反射，與平面鏡相比，它的反射率很高。反射面不必涂敷任何反光物質(zhì)，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)用光導(dǎo)纖維：人們?cè)O(shè)計(jì)出用光密介質(zhì)制成的用來傳導(dǎo)光信號(hào)的纖維狀的裝置。光纖原理：“光纖通信”利用了全反射的原理。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，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳送。因此，光信號(hào)能攜帶著數(shù)碼信息、電視圖像、聲音等沿著光纖傳輸?shù)胶苓h(yuǎn)的地方，實(shí)現(xiàn)光纖通信，如圖所示。光纖應(yīng)用如果把光導(dǎo)纖維聚集成束，使其兩端纖維排列的相對(duì)位置相同，具有亮暗色彩的圖像就可以從一端傳到另一端，醫(yī)學(xué)上用光導(dǎo)纖維制成內(nèi)窺鏡，用來檢查人體胃、腸、氣管等內(nèi)臟的內(nèi)部。載有聲音、圖像以及各種數(shù)字信號(hào)的激光從光纖的一端輸入，就可以沿著光纖傳到千里以外的另一端，實(shí)現(xiàn)光纖通信?！纠?】 光纖通信是一種現(xiàn)代化通信手段，它可以提供大容量、高速度、高質(zhì)量的通信服務(wù)。目前，我國正在大力建設(shè)高質(zhì)量的寬帶光纖通信網(wǎng)絡(luò)。下列說法正確的是()a光纖通信利用光作為載體來傳播信息b光導(dǎo)纖維與金屬導(dǎo)線電纜的傳遞信息的原理是相同的c光導(dǎo)纖維傳遞光信號(hào)是利用光的色散原理d目前廣泛應(yīng)用的光導(dǎo)纖維是一種非常細(xì)的特制玻璃絲解析：光導(dǎo)纖維是利用光的全反射原理來實(shí)現(xiàn)用光作為載體傳遞信息的，故a選項(xiàng)正確，b、c選項(xiàng)錯(cuò)誤；光纖是內(nèi)芯折射率大于外層表皮折射率的很細(xì)的玻璃絲，所以d選項(xiàng)正確。答案：ad4對(duì)光的全反射的理解以及求解全反射問題的思路(1)光從一種介質(zhì)射到另一種介質(zhì)的界面上，反射現(xiàn)象一定發(fā)生，折射現(xiàn)象有可能發(fā)生。若發(fā)生了全反射，則折射光線消失，折射現(xiàn)象沒有發(fā)生，反射能量等于入射能量。(2)全反射現(xiàn)象仍然符合光的反射定律。(3)發(fā)生全反射的兩個(gè)條件必須同時(shí)滿足，才能發(fā)生。條件是：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，且入射角大于或等于臨界角。(4)解決全反射問題的思路：確定光是由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)還是由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)。若由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，則根據(jù)sin c確定臨界角，看是否發(fā)生全反射。根據(jù)題設(shè)條件，畫出入射角等于臨界角的“臨界光路”。運(yùn)用幾何關(guān)系、三角函數(shù)關(guān)系、反射定律等進(jìn)行判斷推理，動(dòng)態(tài)分析或定量計(jì)算。如何分析光的全反射問題一是記準(zhǔn)折射定律n中的i和r分別是空氣中的角和介質(zhì)中的角，不要搞錯(cuò)；二是常用數(shù)學(xué)公式要熟練，sincos c，cos c?！纠?1】 一束單色光由左側(cè)射入盛有清水的薄壁圓柱形玻璃杯，如圖為過軸線的截面圖，調(diào)整入射角，光線恰好在水和空氣的界面上發(fā)生全反射，已知水的折射率為，求sin 的值。解析：當(dāng)光線在水面發(fā)生全反射時(shí)有sin c，當(dāng)光線從左側(cè)射入玻璃杯時(shí)，由折射定律有n，聯(lián)立以上兩式并代入數(shù)據(jù)可得sin 答案：【例42】 半徑為r的半圓柱形玻璃，橫截面如圖所示，o為圓心，已知玻璃的折射率為，當(dāng)光由玻璃射向空氣時(shí)，發(fā)生全反射的臨界角為45。一束與mn平面成45的平行光束射到玻璃的半圓柱面上，經(jīng)玻璃折射后，有部分光能從mn平面上射出，求能從mn平面上射出的光束的寬度為多少？解析：如圖所示，進(jìn)入玻璃中的光線恰好在o點(diǎn)發(fā)生全反射。光線左側(cè)的光線(如：光線)經(jīng)球面折射后不能射出；最右邊射向半球面的光線與球面相切，入射角i90，由折射定律知：sin insin r1，則r45。故光線將垂直mn射出；所以在mn面上射出的光束寬度應(yīng)是oersin rr。答案：r5常見全反射現(xiàn)象的應(yīng)用例析(1)對(duì)“海市蜃樓”的解釋由于空中大氣的折射和全反射，會(huì)在空中出現(xiàn)“海市蜃樓”。在海面平靜的日子，站在海濱，有時(shí)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。氣候條件：當(dāng)大氣比較平靜且海面與上層空氣溫差較大時(shí)，空氣的密度隨溫度的升高而減小，對(duì)光的折射率也隨之減小。因海面上的空氣濕度比空中低，空氣的下層比上層折射率大。我們可以粗略地把空中的大氣分成許多水平的空氣層，如圖所示。虛像的形成：當(dāng)光線進(jìn)入人的眼睛時(shí)，人總認(rèn)為光是從反向延長線方向發(fā)射而來的，所以地面附近的觀察者就可以觀察到虛像。且虛像成像在遠(yuǎn)處的半空中，這就是海市蜃樓的影像。如圖所示?！纠?】 酷熱的夏天，在平坦的柏油公路上你會(huì)看到在一定距離之外，地面顯得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎還能看到遠(yuǎn)處車、人的倒影。但當(dāng)你靠近“水面”時(shí)，它也隨你靠近而后退。對(duì)此現(xiàn)象正確的解釋是()a出現(xiàn)的是“海市蜃樓”，是由于光的折射造成的b“水面”不存在，是由于酷熱難耐，人產(chǎn)生的幻覺c太陽輻射到地面，使地表溫度升高，折射率大，發(fā)生全反射d太陽輻射到地面，使地表溫度升高，折射率小，發(fā)生全反射解析：酷熱的夏天地面溫度高，地