光的全反射现象

1 光的全反射

一、教学目标

1、知识与技能

掌握临界角的概念和发生全反射的条件；知道什么是光疏介质和光密介质；能判断什么情况下会发生全反射，了解全反射现象的应用；通过实验培养学生的观察能力、分析推理能力和创新思维能力。

2、过程与方法

通过演示实验，学习探究科学的方法——比较法；通过实验设计和动手操作，经历科学探究的过程。

3、情感、态度与价值观

体验全反射实验的探究过程，感受实验探究的乐趣；通过互动实验，培养学生探究科学知识的兴趣和实事求是的科学态度；通过全反射现象的应用，培养学生运用科学理论观察分析周围事物的习惯。

二、重点和难点

重点是全反射现象；难点是临界角概念和全反射条件。

三、教学方法：实验探究法

四、设计思路：本节课以实验为主线，通过一个带有魔术色彩的演示实验引入课题，再通过两个演示实验的对比，让学生观察、分析，揭示全反射的现象与产生条件，另外增加学生探究性实验，通过学生间的讨论、设计、动手及合作，使学生对全反射概念的理解更加准确、丰富和全面。最后通过全反射的应用介绍，开拓学生的视野。 2 五、主要教学过程

1、引入新课

演示一：用细铁丝穿过单摆小金属球，使其一端伸出作为把手，然后捏住把手，用蜡烛火焰的内焰将金属球熏黑，让学生观察。然后将熏黑的铁球浸没在盛有清水的烧杯中，现象发生了，放在水中的铁球变亮了。好奇的学生误认为是水泡掉了铁球上黑色物，当老师从水中取出时，发现熏黑的铁球依然如故，将其再放入水中时，出现的现象和刚才一样，学生大惑不解，让学生带着这个疑问开始学习新的知识——全反射。

2、新课教学

2.1实验探究

演示二：实验1：一束激光从空气射向半圆形玻璃砖的半圆面(如图1)。

实验2：一束激光从空气射向半圆形玻璃砖直边的圆心O（如图2）。

图1 图2

教师演示两遍实验后，让学生分组讨论后回答。

实验1现象：①当光沿着玻璃砖的半径射到直边上时，一部分光从玻璃砖的直边上折射到空气中，一部分光反射回玻璃砖内。

光学中的全反射现象

全反射是光学中的一种重要现象，它在光的传播和应用中扮演着重要角色。全反射现象是光线从光密介质射入光疏介质时，入射角大于临界角时光线完全反射回光密介质的现象。本文将详细介绍全反射的原理、条件以及其在光学器件中的应用。

一、全反射的原理

全反射的原理基于光的速度差异和折射定律。当光从光密介质射入光疏介质时，光线在两种介质交界面的入射角（以光线与法线之间的夹角表示）决定了光的传播方向。当入射角小于临界角时，光线会发生折射，并穿过光疏介质。而当入射角大于临界角时，光线会遭遇全反射现象，完全反射回光密介质中。

二、全反射的条件

全反射现象的发生需要满足一定的条件。首先，光线的从光密介质射入光疏介质时，入射角必须大于临界角。其次，两种介质的折射率差异必须足够大，否则不会发生全反射现象。最后，光线必须从光密介质向光疏介质射入。

三、全反射的应用

1. 光纤通信

全反射是实现光纤通信的基础。在光纤通信中，光通过光纤中的芯层传输，而芯层由折射率较大的光密材料构成。当光在光纤的外表面碰到空气等光疏介质时，就会发生全反射，从而实现光信号在光纤中的传输与扩散。

2. 光导器件

全反射在光导器件中也得到了广泛应用，例如反射镜和全反射棱镜。反射镜利用全反射原理，通过在光密材料表面镀上金属或多层膜层，使光线产生反射。全反射棱镜是将光线通过多个全反射界面的偏折，利用不同入射角实现光的分光与合波。

3. 光学显微镜

光学显微镜的目镜和物镜也运用了全反射原理。当目镜和物镜的折射率不同时，需要通过调整入射角度，使光线发生全反射，然后被目镜接收。这种方式可以增加显微镜的分辨率和放大倍数，提高观测效果。

四、全反射的局限性

尽管全反射在光学中应用广泛，但它也有一定的局限性。首先，全反射要求入射角大于临界角，因此只在特定角度下才能实现。其次，全反射需要光线从光密介质射入光疏介质，不能实现反之过程。这些限制使得全反射不能在所有光学情境下都得到应用。

光的反射、折射、全反射

【学习目标】

1．通过实例分析掌握光的反射定律与光的折射定律．

2．理解折射率的定义及其与光速的关系．

3．学会用光的折射、反射定律来处理有关问题．

4．知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念．

5．能判定是否发生全反射，并能分析解决有关问题．

6．了解全反射棱镜和光导纤维．

7．明确测定玻璃砖的折射率的原理．

8．知道测定玻璃砖的折射率的操作步骤．

9．会进行实验数据的处理和误差分析．

【要点梳理】

要点一、光的反射和折射

1．光的反射现象和折射现象

如图所示，当光线入射AO

到两种介质的分界面上时，一部分光被反射回原来的介质，即反射光

线OB

，这种现象叫做光的反射．另一部分光进入第二种介质，并改变了原来的传播方向，即光线OC

，

这种现象叫做光的折射现象，光线OC

称为折射光线．折射光线与法线的夹角称为折射角（

2

）．

2．反射定律

反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角

等于入射角．

3．折射定律

（1）内容：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧．入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．即1

2sin

sin



常数．如图所示．

也可以用sin

sini

n

r

的数学公式表达，n

为比例常数．这就是光的折射定律．

（2）对折射定律的理解：

①注意光线偏折的方向：如果光线从折射率（

1n

）小的介质射向折射率（

2n

）大的介质，折射光

线向法线偏折，入射角大于折射角，并且随着入射角的增大（减小）折射角也会增大（减小）；如果光

线从折射率大的介质射向折射率小的介质，折射光线偏离法线，入射角小于折射角，并且随着入射角

的增大（减小）折射角也会增大（减小）．

②折射光路是可逆的，如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的人射光线发生折射，定律中的公式就变为1

2sin1

sinn



，式中

1

第3节 光的折射 全反射

1.(多选)关于光的传播现象及应用,下列说法正确的是( AB )

A.一束白光通过三棱镜后形成了彩色光带是光的色散现象

B.光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大

C.海面上的海市蜃楼将呈现倒立的像,位置在实物的上方,又称上现蜃景

D.一束色光从空气进入水中,波长将变短,色光的颜色也将发生变化

解析:一束白光通过三棱镜后形成了彩色光带是光的色散现象,A正确;由全反射的条件可知,内芯材料的折射率比外套材料的折射率要大,故B正确;海市蜃楼将呈现正立的像,位置在实物的上方,又称上现蜃景,C错误;色光进入水中,光的频率不变,颜色不变,D错误.

2.(多选)频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后,其光路如图所示,下列说法正确的是( AD

)

A.单色光1的频率大于单色光2的频率

B.在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度

C.可能单色光1是红光,单色光2是蓝光

D.无论怎样增大入射角,单色光1和2都不可能在此玻璃板下表面发生全反射 解析:由n=可知,单色光1的折射率大一些,单色光1的频率大于单色光2的频率,A正确;由v=知,在玻璃中单色光1的传播速度小于单色光2的传播速度,B错误;因为红光的折射率小于蓝光,所以C错误;从玻璃板上表面入射光的折射角等于下表面出射的入射角,一定小于临界角,不会发生全反射,D正确.

3.如图所示,一束光从空气垂直射到直角三棱镜的界面AB上,棱镜材料的折射率为1.414,这束光线从BC边射出棱镜后与界面BC的夹角为( D

)

A.90° B.60° C.30° D.45°

解析:

由sin C==得C=45°,如图所示,则光在AC界面射向空气时发生全反射.由几何关系可求得在BC面的入射角i=30°,由折射定律n=得sin r=nsin i=·sin 30°=,所以r=45°,则这束光线从BC边射出棱镜后与界面BC的夹角为45°,故D正确.