4.3 光的全反射

第三节 光的全反射教学目标一、知识目标1.知道什么是光疏介质，什么是光密介质.2.理解光的全反射.3.理解临界角的概念，能判断是否发生全反射，并能解决有关的问题.4.知道光导纤维及其应用.二、能力目标1.会定性画出光疏介质进入光密介质或从光密介质进入光疏介质时的光路图.2.会判断是否发生全反射并画出相应的光路图.3.会用全反射解释相关的现象.4.会计算各种介质的临界角.三、德育目标1.体会本节实验中“让入射光正对半圆形玻璃砖中心从曲面入射”是在设计实验时设计者为突出主要矛盾而控制实验条件达到略去次要矛盾的高明做法.2.通过对蜃景现象的学习再次明确一切迷信或神话只不过是在人们未能明了科学真相时才托付于自然力的一种做法.●教学重点全反射条件，临界角概念及应用.●教学难点临界角概念、临界条件时的光路图及解题.●教学方法本节课主要采用实验观察、猜想、印证、归纳的方法得出全反射现象的发生条件、临界角概念等，对阅读材料“蜃景”补充了录像资料或CAI 课件，使其有更生动的感性认识. ●教学用具光学演示仪（由激光发生器、带量角度的竖直面板、半圆形玻璃砖等组合） ●教学过程一、引入新课让学生甲到黑板前完成图19—21及图19—22两幅光路图（完整光路图）（学生甲画图时遗漏了反射光线）［教师］光在入射到空气和水的交界面处时，有没有全部进入水中继续传播呢？ ［学生］有一部分被反射回去.（学生甲补画上反射光线）［教师］很好.甲同学正确地画出了光从空气进入水中时的折射角…［学生齐答］小于入射角.［教师］光从水中进入空气时，折射角…［学生齐答］大于入射角.［教师］对.那么如果两种介质是酒精和水呢？二、新课教学（一）光密介质和光疏介质1.给出光密介质和光疏介质概念.2.让学生指出图19—21中的光密介质和光疏介质，再指出图19—23中的光密介质和光疏介质.让学生自己体会出一种介质是光密介质还是光疏介质其实是相对的.3.光从光疏介质进入光密介质，折射角________入射角；光从光密介质进入光疏介质，折射角________入射角.（本题让学生共同回答）（二）全反射（设置悬念，诱发疑问）［教师］在图19—22和图19—23中，折射角都是大于入射角的设想，当入射角慢慢增大时，折射角会先增大到90°，如果此时我们再增大入射角，会怎么样呢？（这时可以让学生自发议论几分钟）［学生甲］对着图19—22说是折射到水中去吗？［教师］你认为会出现图19—25这种情况吗？（其余学生有的点头，有的犹疑）［学生乙］应该没有了吧.［学生丙］最好做实验看看.［教师］好，那就让我们来做实验看看.1.出示实验器材，介绍实验.［教师］半圆形玻璃砖可以绕其中心O在竖直面内转动如图19—26所示，入射光方向不变始终正对O点入射.继续转动玻璃砖，学生看到当折射角趋于90°时，折射光线已经看不见了，只剩下反射光线.继续转动玻璃砖，增大入射角，都只有反射光线.（学生恍然大悟）［教师］什么结果？［学生］折射角达到90°时，折射光线没有了，只剩下反射光线.［教师］这种现象就叫全反射.（三）发生全反射的条件1.临界角C［要求学生根据看到的现象归纳］（学生讨论思考）［学生甲］入射角要大于某一个值.［教师］对，我们把这“某一值”称为临界角，用字母C 表示.重复实验至折射角恰等于90°时停止转动玻璃砖.让前面的学生读出此时的入射角即临界角C 约为42°左右.［教师］后面的学生看不见读数，那我现在告诉你们这种玻璃的折射率n =1.5，请你们算出这种玻璃的临界角.（学生觉得无从下手）［教师启发］想想当入射角等于临界角C 时，折射角多大？ 学生领会，列出算式： sin90sin C =n ［教师］这样对吗？错在哪儿？［学生甲］光不是从空气进入玻璃.［教师］对了.你们自己改正过来. 学生列出正确计算式： sin90sin C =n1 sin C =n 1 代入n 算得结果与实验基本相符. 教师点明临界角的计算公式：sin C =n 1 2.发生全反射的条件［教师］毫无疑问，入射角大于等于临界角是条件之一，还有其他条件吗？［学生乙］光从玻璃进入空气.［教师］可以概括为…［学生］光从光密介质进入光疏介质.［教师］很好，记住，是两个条件，缺一不可.3.巩固练习（四）全反射的应用——光导纤维1.学生阅读课本有关内容.2.教师补充介绍有关光纤通信的现状和前景（附后）.3.演示课本光纤实验，不过改用前面实验中的激光束来做，效果很好.4.辅助练习［投影片］如图19—32表示光在光导纤维中的传播情况，纤维为圆柱形，由内芯和涂层两部分构成.内芯为玻璃，折射率为n 0;涂层为塑料，折射率为n 1，且n 1＜n 0.光从空气射入纤维与轴线成θ角.光线在内芯侧壁上发生多次全反射后至纤维的另一端射出.若内芯的折射率n 0=1.5，涂层的折射率n 1=1.2，求入射角θ最大不超过多少度光线才能在内芯壁上发生全反射.参考答案：64.16°（五）自然界中的全反射现象1.水或玻璃中的气泡看起来特别的明亮,图解如图19—33.2.大气中的光现象(1)海市蜃楼(2)沙漠蜃景（学生阅读课本上的相关内容）（六）延伸拓展1.在全反射现象演示实验中，入射光为什么要正对O 点入射？若不这样会怎样？ （先让学生自己猜想、议论）［演示］学生将看到图19—34所示的情况（图中未画完所有的光路）.［教师］看到了吧，这样我们将眼花缭乱看得头晕.体会到设计者构思的巧妙了吗？这种做法就叫控制实验条件.是为了突出所要研究的问题.这是实验研究中常用的一种方法.想想你们以前做的实验中有哪些是控制实验条件的？［学生］验证牛顿第二定律实验让木板倾斜以平衡摩擦力.［学生］验证a ~F 关系时让m 不变.［教师］你们体会的很好.希望你们能学以致用.2.［投影］在盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮杯侧.从水面上观察水中的试管.在试管内装上水，再观察记录你看到的现象，并作出解释（图19—35）.（学生课后到实验室做）三、小结本节课我们学习的知识主要有1.光密介质和光疏介质2.光的全反射［CAI 课件］动态展示加文字说明：（1）光在入射到两种介质的交界面处时，通常一部分光被反射回原来的介质，另一部分光进入第 Ⅱ种介质并改变了传播方向.（2）当光由光密介质射向光疏介质时，当入射角等于或大于临界角时，光全部被反射回原介质中去，称做全反射现象.（3）当折射角增大到90°时的入射角称为临界角C （参考图19—36）.3.光导纤维的原理及它广阔的应用前景.4.自然界中的全反射现象水中的气泡，阳光照射下的露珠特别明亮.炎热夏天的马路有时看上去特别明亮等.四、布置作业课本P 18练习四（3）（4）（5）.五、板书设计。

第四章光的折射第三节光的全反射导学案【学习目标】1.准确理解临界角的概念和发生全反射的条件，提高分析光的全反射现象的能力2.自主学习，合作探究，学会用画光路的方法分析全反射现象3.激情投入，认识光纤技术对社会经济生活的重大影响【学习目标解读】1.重点：掌握临界角的概念和发生全反射的条件2.难点：全反射的应用，对全反射现象的解释．【课前预习案】【使用说明】1.同学们要先通读教材，通过观察演示实验，理解光的全反射现象；知道什么是光疏介质，什么是光密介质；会定性画出光疏介质进入光密介质或从光密介质进入光疏介质时的光路图. 概括出发生全反射的条件，理解临界角的概念，能判断是否发生全反射，并能解决有关的问题。

2.勾划课本并写上提示语、标注序号；3.完成学案，熟记基础知识，用红笔标注疑问。

（一）教材助读1、请画出一束光从空气射入水中时的光路图，并比较它们的入射角和折射角的大小关系2、根据光路的可逆性原理，若一束光逆着光折射的方向从水中射向空气，其光路图又如何？3、逐渐增大光在水中的入射角，根据光的折射定律可知，光进入空气的折射角该如何变化？（二）预习自测1.光从介质a射入介质b，如果要在ab介质的界面上发生全反射，那么必须满足的条件是（）A.a是光疏介质，b是光密介质 B 光在介质中a的速度必须大于光在介质中b的速度C光的入射角必须大于或等入临界角D必须是单射光2.光线从某介质射入空气中,当入射角为300时,其折射角为450,则这种介空气的临界界角是: ( )A.600B.450C.900D.3003.某介质的折射率为2，一束光从介质射向空气，入射角为60°，如图所示的哪个光路图是正确的（）4.(2009年10月6日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2009年诺贝尔物理学奖授英国华裔科学家（高锟以及美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯．高锟在"有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面"取得了突破性的成就．若光导纤维是由内芯和包层组成下列说法正确的是( )A．内芯和包层折射率相同，折射率都大B．内芯和包层折射率相同，折射率都小C．内芯和包层折射率不同，包层折射率较大D．内芯和包层折射率不同，包层折射率较小＊＊5.如图示，一束平行光从真空中射向一块半圆形的折射率为1.5的玻璃砖，下列判断中正确的是（）A.在圆心的两侧R范围内的光线不能通过玻璃砖B.只有在圆心的两侧2/3R范围内的光线能通过玻璃砖C.通过圆心的光线将沿直线穿出不发生偏折D.圆心两侧2/3R范围外的光线将在曲面发生全反射【问题反馈】：请将你在预习本节中遇到的问题写在下面。

光全反射的条件
光全反射是指光线从光密介质入射到光疏介质时，当入射角大于或等于一个特定角度，光线将会完全反射回去，而不会继续折射到疏介质中。

这个特定角度叫做临界角。

光全反射的条件可以用斯涅尔定律来描述：当光线从光密介质入射到光疏介质中，入射角大于等于临界角时，光线将会被完全反射。

斯涅尔定律的数学表达式为：n1sinθ1=n2sinθ2，其中n1和
n2分别为两种介质的折射率，θ1和θ2分别为入射角和折射角。

当θ2等于90度时，即折射角为垂直于界面时，此时入射角θ1等于临界角θc，光线将会被完全反射，不会折射到光疏介质中。

光全反射在实际应用中有很多重要的应用，如光纤通信、光学显微镜等。

了解光全反射的条件及其应用是物理学习中的重要内容。

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全反射，又称反射率为100%，是指光线发生反射时，其反射率达到100%的现象。

全反射的条件是：
一、光的入射角和反射角相等，这两个角度要相同，其角度范围也要一致；
二、反射面必须均匀光滑，也就是说反射面的表面不能有任何坑洼、凹凸不平、粗糙等，只有表面光滑，才能使反射率达到100%；
三、光的入射角与反射面的法线的夹角要大于折射角，也就是说在入射角大于折射角的情况下，才能使光发生全反射；
四、反射面的折射率要大于光的折射率，因为反射率与折射率之比就是反射率，而反射率越大，光反射越多，就会使反射率达到100%。

以上就是光发生全反射的条件，只有满足这些条件，光才能发生全反射，也是物理学中很多实验室实验所需要满足的要求。

光的全反射的计算与分析光的全反射是光在从光密介质到光疏介质传播时，入射角大于临界角时发生的现象。

全反射是光学中重要的现象之一，广泛应用于光纤通信、显微镜、望远镜等领域。

本文将通过计算与分析，探讨光的全反射现象及其相关性质。

全反射的条件是光从光密介质传播到光疏介质时，入射角大于临界角。

临界角是指使光线发生全反射的最大入射角度。

在光密介质到光疏介质的界面上，光线从垂直入射到临界角时，不再传播到光疏介质中，而是全部反射回光密介质。

光的全反射现象可以用折射定律来解释。

根据折射定律，入射角和折射角之间的正弦比与两种介质的折射率之比相等。

当光从光密介质传播到光疏介质时，光的传播速度减小，折射率也随之减小。

当入射角增大到一定程度时，折射率之比将小于1，无法满足折射定律。

此时，光将全部反射回光密介质。

在具体计算光的全反射过程中，需要了解两种介质之间的折射率、光的入射角和临界角。

折射率是介质对光的折射能力的度量，可以根据介质的物理性质和光源的波长进行计算。

入射角是入射光线与法线之间的夹角，可以通过实验或几何关系进行测量。

临界角可以通过折射定律推导得到，在光密介质和光疏介质之间的界面上，当入射角等于临界角时，发生全反射。

通过计算和分析光的全反射过程可以得到一些重要结论。

首先，入射角大于临界角时，光发生全反射，不再传播到光疏介质中。

其次，临界角与两种介质的折射率有关。

当两种介质的折射率差异较大时，临界角较小，全反射概率较高。

反之，当两种介质的折射率差异较小时，临界角较大，全反射概率较低。

这也是为什么光纤通信中使用的光纤一般采用光密介质包覆的原因。

此外，全反射还可以用于实现光的隔离和反射，这在光学仪器和光学传感器中具有重要应用。

当光从光疏介质传播到光密介质时，入射角大于临界角，全反射发生。

此时，光将完全反射回光疏介质，实现了光的隔离和反射。

通过调整入射角和临界角，可以控制隔离和反射光的强度和方向。

光的全反射现象不仅在实际应用中具有重要意义，也是光学研究的热点之一。