2019-2020年人教版物理选修3-4讲义：第13章+2　全反射及答案.doc

PAGE 2　全反射 [学习目标]　1.理解光的全反射，会利用全反射解释有关现象.2.理解临界角的概念，能判断是否发生全反射并能画出相应的光路图．(重点)3.了解全反射棱镜和光导纤维． 一、全反射 1．光密介质和光疏介质 光疏介质 光密介质 定义 折射率相对较小的介质 折射率相对较大的介质 传播 速度 光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小 折射 特点 光从光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角 光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角 2.全反射及发生条件 (1)全反射及临界角的概念 ①全反射：光从光密介质射入光疏介质时，若入射角增大到某一角度，折射光线就会消失，只剩下反射光线的现象． ②临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角．用字母C表示． (2)全反射的条件 要发生全反射，必须同时具备两个条件： ①光从光密介质射入光疏介质． ②入射角等于或大于临界角． (3)临界角与折射率的关系 光由介质射入空气(或真空)时，sin C＝eq \f(1,n)(公式)． 二、全反射的应用 1．全反射棱镜：截面为等腰直角三角形的棱镜，利用全反射改变光的方向． 2．光导纤维：由折射率较大的内芯和折射率较小的外套组成，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射． 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)密度大的介质就是光密介质． (×) (2)两种介质相比较，折射率大的介质是光密介质． (√) (3)光从密度大的介质射入密度小的介质时一定能发生全反射． (×) (4)全反射棱镜和平面镜都是根据全反射原理． (×) (5)光纤通信的主要优点是容量大． (√) 2．已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为1.33、1.55、1.60和1.63，如果光按以下几种方式传播，可能发生全反射的是(　　) A．从玻璃射入水晶　　 B．从水射入二硫化碳 C．从玻璃射入水中 D．从水晶射入水 E．从玻璃射入二硫化碳 ACD　[发生全反射的条件之一是光从光密介质射入光疏介质，光密介质折射率较大，故A、C、D正确．] 3．华裔科学家高锟被誉为“光纤通讯之父”．光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播．内芯的折射率比外套的________，光传播时在内芯与________的界面上发生全反射． [解析]　光纤内芯比外套折射率大，在内芯与外套的界面上发生全反射． [答案]　大　外套 全反射 1．对光疏介质和光密介质的理解 光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对的意义．例如：水晶(n＝1.55)对玻璃(n＝1.5)是光密介质，而对金刚石(n＝2.42)来说，就是光疏介质．同一种介质到底是光疏介质还是光密介质，不是绝对的． 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．例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介质． 由v＝eq \f(c,n)可知：光在光密介质中传播速度比在光疏介质中要小． 光在两种介质中传播时，由折射定律可知： n1sin θ1＝n2sin θ2，n1v1＝n2v2， 由此可知：当光从光密介质传播到光疏介质时，折射角大于入射角；当光从光疏介质传播到光密介质时，折射角小于入射角．光在光疏介质中传播的速度大于光在光密介质中传播的速度． 2．对全反射的理解 (1)全反射是光的折射的特殊现象，全反射现象还可以从能量变化角度加以理解．当光从光密介质射入光疏介质，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，发生了全反射． (2)全反射遵循的规律：光从光密介质进入光疏介质发生全反射时，仍然遵守反射定律，有关计算仍依据反射定律进行． 【例1】　为了测定某种材料制成的长方体的折射率，用一束光线从AB面以60°入射角射入长方体时光线刚好不能从BC面射出，如图所示，该材料的折射率是多少？ [解析]　如题图所示，根据折射定律： n＝eq \f(sin 60°,sin r) ① 由题意可知sin C＝eq \f(1,n) ② 而C＝90°－r ③ 由②③得cos r＝eq \f(1,n) ④ 而cos r＝eq \r(1－sin2r)， 代入④得eq \r(1－sin2r)＝eq \f(1,n) ⑤ 联立①和⑤解得n＝eq \f(\r(7),2). [答案]　eq \f(\r(7),2) 解答全反射类问题的技巧 (1)光必须从光密介质射入光疏介质． (2)入射角大于或等于临界角． (3)利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符，这样更有利于问题的分析． 1．下列选项所示光线由空气透过半圆形玻璃砖，再射入空气的光路图中，正确的