大学《物理》第一节 光的折射与全反射学习课件.ppt

节目录回节首上一页下一页退出第一节光的折射与全反射一、光的折射二、全反射一、光的折射在初中我们已经学过，在同种均匀的介质中光是沿直线传播的，光在真空中的传播速度为3×108m/s。当光从一种介质进入另一种介质时，会产生方向上的变化，光的这种方向变化叫作折射。为了描述介质的这种性质，人们把光在真空中的速度c和光在介质中的速度v之比叫作介质的折射率，用n表示：光为什么会发生折射现象呢？经过长期的理论和实验的研究，人们发现折射现象与光在介质中的传播速度有关。光在真空中的速度最大，?在其他介质中的速度都小于此值。因此当光从真空射入其他不同的介质时，会发生不同程度的偏折，这种现象显示了介质对光的一种性质。几种介质的折射率金刚石2.42二硫化碳1.6玻璃1.5～1.9树脂1.5～1.8水晶1.55甘油1.47酒精1.36水1.33冰1.31空气1.00028由表中可以看出，空气的折射率非常接近于1（真空的折射率），有时我们就忽略这种差异，认为空气的折射率为1。由于光在真空中的速度大于光在任何介质中的速度，所以，其他介质的折射率都大于1。下表列出了几种介质的折射率。当光从介质n1射入介质n2（例如从空气射入玻璃）时，入射光线和法线间的夹角θ1叫作入射角，折射光线和法线间的夹角θ2叫作折射角，如右图所示。n1sinθ1＝n2sinθ2人们把这个规律叫作光的折射定律，也叫斯涅耳定律。它们之间的定量关系是1621年荷兰数学家斯涅耳发现的：二、全反射两种介质相比较，折射率大的称为光密介质，折射率小的称为光疏介质。光从光密介质射向光疏介质（例如从玻璃射向空气）时，入射角总是小于折射角。当入射角大于某一角度时，就出现了一种奇特现象。演示实验当光从光密介质射向光疏介质，并且当入射角大于某一角度时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫作全反射现象。在全反射现象中，刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角是一个很重要的物理量，叫作临界角。当光从光密介质射向光疏介质时，如果入射角等于或大于临界角，就发生全反射现象，如下图所示。nsinC＝1×sin90°不同的介质，由于折射率不同，在空气中发生全反射现象的临界角也不一样。根据折射定律可得从折射率表中查出物质的折射率，就可以用上式求出光从这种介质射到空气（或真空）时的临界角。水的临界角为48.8°，各种玻璃的临界角为32°～42°，金刚石的临界角为24.5°。金刚石经过一定方式的切割，进入其中的光线在金刚石内经过多次全反射后可以从某个表面射出。由于几乎所有方向都能看到从金刚石中射出的光线，所以金刚石在光照下显得璀璨夺目，如下图所示。人们常说的信息高速公路，就是用光导纤维来构架的通信网络。光导纤维简称光纤，是利用全反射现象传递信息的。市面上有一种儿童玩具叫“满天星”，由一个发光系统和数百根塑料丝组成。启动开关后，它一边发光，一边旋转，给人带来满天星斗的感觉。它的原理是：从塑料丝一端射进塑料丝内的光线，在丝的内壁多次发生全反射，沿着锯齿形路线由丝的另一端传出来。塑料丝就像光导纤维一样。实用的光导纤维是用纯度极高的石英拉制成的极细的丝，直径在几微米到一百微米之间，由纤芯和包层组成。纤芯材料的折射率比包层的大，在纤芯中传播的光会在纤芯和包层的界面上发生全反射，使得光在光纤中沿纤芯传播，如右图所示。实际的光纤在包层外面还有一层缓冲涂覆层，其作用是保护光纤免受环境污染和机械损伤。医学上用光导纤维制成内窥镜，如右图所示，用来检查人体胃、肠、气管等器官。实际的内窥镜装有两组光纤，一组用来把光传送到人体内部用于照明，另一组用来观察。载有声音、图像以及各种数字信号的激光从光纤的一端输入，可以沿着光纤传输到千里以外的另一端，实现光纤通信。光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰能力强。一对光纤的传输能力理论值为二十亿路电话，一千万路电视。现在网络已成为人们的生活必需品，各式各样的网络不论是电话网络，计算机网络，甚至是移动电话的