高二物理人教版选修3-4课件：13.2 全反射PPT教学课件

生理光学：三原色原理
材料力学：杨氏弹性模量
考古学：破译古埃及石碑上的文 字
托马斯· 杨（Thomas Young）
一、 杨氏双缝干涉实验
杨氏用叠加 原理解释了 干涉现象， 在历史上第 一次测定了 光的波长， 为光的波动 学说的确立 奠定了基础。
一、 杨氏双缝干涉实验 杨氏双缝干涉实验妙何处？ 巧妙的获得两列振动情况完全相同的光 源——相干光源
干涉现 象是波独有 的特征，假 设光真的是 一种波，就 必然会观察 到光的干涉 现象．
第二节
光的干涉
一、 杨氏双缝干涉实验 1801年，英国物理学家托马斯· 杨 （1773~1829）在实验室里成功的观察到了光的 干涉．
光的波动说的奠基人之一
英国物理学家、医生和考古学家， 波动光学：杨氏双缝干涉实验
二、光的干涉
1、光的干涉： 由两束振动情况完全相 同的光在空间相互叠加，在一些地方相互 加强，在另一些地方相互削弱的现象，叫 做光的干涉。
单 色 激 光 束
S1 S2
P1 ΔS
二、 光的干涉
S线光源，G是一个遮光屏，其上有两条与S平行的狭缝S1、 S2，且与S等距离，因此S1、S2 是相干光源，且相位相同；S1、 S2 之间的距离是d ，到屏的距离是L。
练习题：
不能 发 1 、两只相同的灯泡发出的光束相遇 ______ 生干涉现象？（填“能”或“不能”） 2 、在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏上观察 到彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光 片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只 能透过绿光），这时：（ C ） A 、只有红色和绿色的干涉条纹，其它颜色的双缝干 涉条纹消失． B 、红色和绿色的干涉条纹消失，其它颜色的干涉条 纹仍然存在． C、任何颜色的干涉条纹都不存在。 D、屏上无任何亮光．

水晶 1.55
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2020/6/11
3
思考·讨论
A
N
θ1
空气
O
θ2 玻璃
N'
B
2020/6/11
N
空气
O
玻璃
N'
N
空气
O
玻璃
N'
4
实验探究
探究一：光从玻璃射入空气
1、半圆形玻璃砖的平 直边沿90 0线放置
2020/6/11
2、光沿半圆形玻璃砖 的半径射到平直边上
3、通过转动光源增大 入射角
5
实验探究
8
二、全反射 1、定义：当光从光密介质射入光疏介质时，折射光完 全消失，只剩反射光的现象
空气
2、临界角C：折射光完全消失时的入射角 玻璃 C
3、发生全反射的条件： (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
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9
思考与讨论
请大家计算折射率为 2 的某种介质在
空气
空气中发生全反射时的临界角C。
1、全反射棱镜：（截面为等腰直角三角形的棱镜）
45
45 45
45 45 45
优越性：
光线改变900
光线改变1800
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三、全反射的应用
潜望镜
2020/6/11
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三、全反射的应用 望远镜
2020/6/11
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三、全反射的应用
2、光导纤维
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15
三、全反射的应用
13.2 全反射
2020/6/11
1
温故·知新
N A

Know--X分类法
费曼学习法--
实操
第二步 根据参考，复述你所获得的主要内容
（二） 根 据 参 考 复 述
1.参照教材、辅导书或笔记复述主要内容； 2.复述并不是照着读出来或死记硬背，而是用自己的话去理解 ，想象如果你要把
这个讲给别人听，你会怎样讲。 就像你按照前面的步骤对定于从句的理解是“定语部分是个从句”，就没必要死记
角叫做临界角，用符号C 表示．
光从折射率为n的某种介质射到空气
N
(或真空)时的临界角C 就是折射角等于
90°时的入射角，根据折射定律可得：
B
O 光疏介质
光密介质
C A
N'
sin90
1
n
sinC sinC
因而 ：
sin C 1 n
常见物质的临界角：水：48.80 玻 璃： 320-420 金刚石：24.40
正确答案：A、C
［练习2］：光由折射率为 2 的介质中以400 的入射角射到介质与空气的界面上，问能否发 生全反射？
解析：不能发生全反射，因为全反射有 两个条件，第一个条件为光从光密介质 进入光疏介质，此题满足要求。第二个 条件为入射角大于或者等于临界角，通 过计算发现此介质临界角为45度，所以 不满足要求，由此可知不能发生全反射。
第二节 全反射
（一）、光疏介质和光密介质：
光疏介质：两种介质中折射率较小的介 质叫做光疏介质。
光密介质：两种介质中折射率较大的介 质叫做光密介质。
*注意：
1、相对性：如水和空气比较；水和金刚 石比较…
2、不能理解为介质密度。如水和酒精..
（二）、思考光进入不同介质时的 角度大小关系：
N A
i O 光疏介质

首 页Hale Waihona Puke X 新知导学 Z 重难探究
INZHI DAOXUE
HONGNAN TANJIU
D 当堂检测
ANGTANG JIANCE
解析 :光导纤维的作用是传导光,它是直径为几微米到一百微米之间的 特制玻璃丝,且由内芯和外套两层组成,内芯的折射率比外套的大。载有声 音、 图像及各种数字信号的激光传播时,在内芯和外套的界面上发生全反射, 光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强等特点。在实际应用中,光纤是可以 弯曲的。所以选项 C 正确。 答案 :C
由
sin ������2 =n sin ������1
知,若 θ1 增大,θ2 也会增大,随着 θ1 的增大,θ2 先增大到 90° ,若
θ1 再增大,则折射光线会消失。
首 页
X 新知导学 Z 重难探究
INZHI DAOXUE
HONGNAN TANJIU
D 当堂检测
ANGTANG JIANCE
探究一
①定量关系 :光由某种介质射入空气(或真空)时,sin C= 。 ������ ②定性关系 :介质的折射率越大,发生全反射的临界角越小,越容易发生
全反射。
1
首 页
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INZHI DAOXUE
HONGNAN TANJIU
D 当堂检测
ANGTANG JIANCE
测一测
1.两种介质交界面上发生全反射时( A.光线一定在光密介质中 B.入射角一定不小于临界角 C.界面相当于一个镜面 D.有一部分光进入另一种介质中 解析 :根据全反射概念和临界角定义可知选项 A、B、C 正确。 答案 :ABC )
2
全反射
-1-
首 页

2.(2020·桂林高二检测)如图所示为单反照相机取景器的示意图,五边形ABCDE
为五棱镜的一个截面,AB⊥BC。光线垂直AB射入,分别在CD和EA上发生反射,且两
次反射的入射角相等,最后光线垂直BC射出。若两次反射都为全反射,则该五棱
镜折射率的最小值是(计算结果可用三角函数表示)
()
A.n＝ 1 B.n＝ 1
二、全反射及其条件 【情境思考】
提示:入射角大于或等于临界角。
提示:入射角小于临界角。
1.全反射及临界角的概念: (1)全反射:当光从光密介质射入光疏介质时,同时发生折射和反射。当入射角 增大到某一角度,使折射角达到_9_0_°__时,折射光__完__全__消__失_,只剩下反射光的现象。 (2)临界角:刚发生全反射(即折射角等于_9_0_°__)时的_入__射__角__,用字母C表示。 2.全反射的条件: (1)光由_光__密__介质射入_光__疏__介质。 (2)入射角_大__于__或_等__于__临界角。
2全反射
必备知识·自主学习
一、光疏介质和光密介质
名称 定义 传播速度
折射特点
光疏介质
光密介质
折射率_较__小__的介质
折射率_较__大__的介质
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__
(1)光从光疏介质射入光密介质时,折射角_小__于__入射角 (2)光从光密介质射入光疏介质时,折射角_大__于__入射角
2(90°-α2)+C=90°
④
即: α1<α<α2 解得: 15°<α<75° 答案:(1) 3 (2)15°<α<75°
3
3.(2019·江苏高考)如图所示,某L形透明材料的折射率n=2。现沿AB方向切去一 角,AB与水平方向的夹角为θ。为使水平方向的光线射到AB面时不会射入空气, 求θ的最大值。

第二十三页，共40页。
考点题型设计
第二十四页，共40页。
全反射的应用(yìngyòng)
自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽 然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强 光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到 前面有自行车，尾灯由透明介质制成，其外形如图甲所示，下 面说法正确的是( )
地面上黑暗部分如图中阴影所示，其长度为
l＝cosR30°－R＝2
3－3 3R
答案：2
3－3 3R
第三十二页，共40页。
(2014·青岛市高三一模 )一厚度为h的大平板玻璃水平放 置，其下表面贴有一半径为r的圆形发光面，在玻璃板上表面放 置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖 直线上。已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光 线(不考虑(kǎolǜ)反射)，求平板玻璃的折射率。
1 sinC＝____n______。
第十二页，共40页。
全反射的应用(yìngyòng)
1．全反射棱镜 (1)构造：截面为__等_腰__直__角__三__角__形___的棱镜叫全反射棱镜。 (2)对全反射棱镜光学特性的两点说明 ①光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生 __全__反__射____，与平面镜相比(xiānɡ bǐ)，它的反很射高率_________。 ②反射面不必涂敷任何反光物质，反射时___失__真__(_s_h_ī 。zhēn)小
第十九页，共40页。
3．产生全反射现象的条件 (1)光从光密介质射到它与光疏介质的界面(jièmiàn)上。 (2)入射角等于或大于临界角。 4．全反射现象中的能量分配关系 (1)折射角随入射角的增大而增大，折射角增大的同时，折 射光线的强度减弱，即折射光线的能量减小，亮度减弱，而反 射光线增强，能量增大，亮度增加；(2)当入射角增大到某一角 度时(即临界角)，折射光能量减到零，入射光的能量全部反射回 来，这就是全反射现象。

假设水中有一个可以移动激光器S，它发出的光线从
水射向空气，入射角为i，反射角为i，折射角为。因为 是从光密介质射向光疏介质， >i
当S移动时，入
射角i增大，则反射
r
角和折射角都增大
H2O
C
i i
S
当入射角增大 到C时，折射角刚好 增达到90
假设水中有一个可以移动激光器S，它发出的光线从
水射向空气，入射角为i，反射角为i，折射角为。因为 是从光密介质射向光疏介质， >i
假设水中有一个可以移动激光器S，它发出的光线从
水射向空气，入射角为i，反射角为i，折射角为。因为 是从光密介质射向光疏介质， >i
当S移动时，入
射角i增大，则反射
r
角和折射角都增大
H2O i i
S
假设水中有一个可以移动激光器S，它发出的光线从
水射向空气，入射角为i，反射角为i，折射角为。因为 是从光密介质射向光疏介质， >i
请同学们思考下面几个问题： 1. 如果激光束从空气直接射到玻璃砖的直径AB界面上，
还会不会发生全反射？
2. 要满足什么条件，才可以发生全反射呢？ 3. 对于某种介质，它的临界角是多大呢？
3.发生全反射的条件：
3.发生全反射的条件： 1) 光必须从光密介质射向光疏介质； 2) 入射角必须大于（或等于）临界角。 思考：不同介质的折射率不同，临界角是不一样的。怎 样计算某种介质在空气中发生全反射的临界角？
一角度时，折射角r达到90，折射光线就完全消失了， 只剩下反射光线，这种现象叫全反射。
2.临界角：折射角为90时的入射角叫做临界角，用 C表示。
思考与讨论：光在两种介质界面是否一定同时存在着反 射和折射现象？

全反射棱镜
全反射原理在生活中的应用及对奇妙自然现象的解释
横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜 1、光线由AB面垂直入射
在AC面发生全反射，由BC面垂直出射．
A 变化90 °
B
A 2、光线由AC面垂直入射
在AB、 BC面发生两次全反射，由AC面垂直出射．
2021/10/10
变化180 °
B
C
12
C&C08 iNET
MSR多业务交换机 （ATM/IP/MPLS）
路由器
原则上产品 都要用右边 的符号，但 对于无法用 符号表达的 就用此色块 示意，标上 名称即可。
ATM交换机
MD
MPLS
的临界角是:
()
A.600
B.450
C.900
D.300
B
小结: 1.两种介质相比较,折射率较大的介质叫光密介质,折射率较小的介质叫光疏介质. 2.光从光密介质进入光疏介质,且入射角达到或超过临界角C时,发生全反射.
3.介质对真空的临界角C:
sinc
1 =
n
思考题: 如图所示,一立方体玻璃砖,放在空气中,平行光束从立方体的顶面斜射入玻璃砖,然后投射到它的一个侧面,
全反射棱镜
缩短镜筒的长度
在光学仪器里，常用全反射棱镜来代替平面镜，改变光的传播方向．望远镜为了提高倍数，镜筒要很 长，通过使用全反射棱镜能够缩短镜筒的长度．
2021/10/10
13
全反射棱镜
提高反射率
一般的平面镜都是在玻璃的后面镀银， 但是银面容易脱落．因此对于精密的光学仪器，如照相机、望远 镜、显微镜等，就需要用全反射棱镜代替平面镜．与平面镜相比,它的反射率高,几乎可达100%

6．如图所示，一根长为 l＝5.0 m 的光导纤维用折射率 n ＝ 2 的材料制成．一束激光由其左端的中心点以 45°的入射 角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右端射出，求：
(1)该激光在光导纤维中的速度 v 是多大； (2)该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少．
解析：(1)由 n＝vc可得 v＝2.1×108 m/s.
4．下列选项为光线由空气进入全反射玻璃棱镜再由棱 镜射入空气的光路图．可以发生的是( )
解析：选 A 光垂直横截面是等腰直角三角形的棱镜的 某直角边射入棱镜时，在斜边发生全反射，故 A 正确．
5．光纤通信网覆盖奥运场馆，为各项比赛提供安全可 靠的通信服务．光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传 输．如图所示，一条圆柱形的光导纤维，长为 L，它的玻璃 芯的折射率为 n1，外层材料的折射率为 n2，光在空气中的传 播速度为 c，若光从它的一端射入经全反射后从另一端射出 所需的最长时间为 t，则下列选项中正确的是(图中所标的 φ 为全反射的临界角)( )
②入射角 10 ___大__于__或__等__于____临界角． 1
(3)临界角 C 和折射率 n 的关系式：sin C＝ 11 _n__.
3．从能量角度来理解全反射：当光从光密介质射入光 疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大．同时折射光线 强度减弱，即折射光线能量减小，反射光线强度增强，能量 增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反 射光的能量等于入射光的能量．
播速度
v＝nc＝
c＝ 6
23c，故 B 正确；光线从该介质射向空
2
气时，只要入射角大于等于临界角就能发生全反射，故 C 正
确；设光线由该介质射向空气时全反射的临界角为 C，则 sin

02
全反射是指光在两种不同介质界 面上完全不透射而全部反射回原 介质的现象。
全反射的特点
光线在发生全反射时，光在介质 中的速度会突然降低，能量全部
返回原介质。
全反射时，反射光的光速与入射 光的光速相等，不会发生光能量
的损失。
全反射只发生在光密介质射入光 疏介质时，且入射角大于临界角。
全反射的应用
光电传感器
计算机
用于产生单色光，作为 入射光。
用于产生全反射现象。
用于测量反射光的光强。
用于数据采集和记录。
实验步骤与操作
1. 将半圆形玻璃棱镜固定在支 架上，调整角度使得入射光能 够垂直照射到棱镜的曲面上。
2. 将光电传感器放置在适 当的位置，使其能够接收 反射光的光强。
3. 打开激光器，调整激光的波 长和功率，使得入射光的角度 恰好满足全反射的条件。
结论总结
根据实验结果和分析，总结全反射 现象的规律和特点，并探讨其在光
学、通信等领域的应用前景。
03 全反射的数学模型与公式 推导
折射率的定义与计算
折射率定义
光在两种不同介质中传播速度的 比值。
折射率计算
根据斯涅尔定律，折射率可以通 过入射角和折射角的正弦值之比 计算得出。
全反射角的计算公式
• 全反射角计算公式：当入射角增大到某一角度时，折射角将增 大到90度，此时的入射角称为全反射角，其计算公式为 (n_1 sin(C_1) = n_2 sin(C_2))，其中(n_1)和(n_2)分别为两种介质 的折射率，(C_1)和(C_2)分别为入射角和折射角。
新课标选修3-4 13.2全反射课件
contents
目录
• 全反射的定义与特点 • 全反射的实验与观察 • 全反射的数学模型与公式推导 • 全反射现象的实例展示 • 全反射在光学领域的应用

心
安
；
书
一
笔
清
远
，
盈
一
抹
恬
淡
，
浮
华
三
千
，
只
做
自
己
；
人
间
有
情
，
心
中
有
爱
，
携
一
米
阳
光
，
微
笑
向
暖
。
口
罗
不
是
。
■
电
:
那
你
的
第
一
部
戏
有
没
有
胆
怯
，
像
费
里
尼
拍
第
一
部
戏
时
就
穿
戴
得
很
正
式
给
人
一
种
威
严
感
。
口
罗
没
有
我
和
他
不
同
。
我
是
从
底
层
爬
上
来
的
我
清
楚
怎
么
运
作
这
个
东
西
(
电
影
拍
摄
)
所
以
为
什
么
很
多
时
候
在
现
场
我
不
想
等
。
你
可
以
说
我
较大的介质称为光密介质。
入
反
射

第十三章 光
第二节 全反射
全反射
海市蜃楼
山东蓬莱
塔里木沙漠
生活中有很多跟光有关的有趣的自然现象
学习目标
• 1、知道光疏介质和光密介质。 • 2、什么是全反射、发生全反射的条件。 • 3、掌握临界角概念，思考临界角的求法。 • 4、了解全反射现象的应用。
一、光疏介质与光密介质
几种介质的折射率
金刚石 二硫化碳 玻璃 水晶
。2021年3月14日星期日2021/3/142021/3/142021/3/14
• 15、会当凌绝顶，一览众山小。2021年3月2021/3/142021/3/142021/3/143/14/2021
• 16、如果一个人不知道他要驶向哪头，那么任何风都不是顺风。2021/3/142021/3/14March 14, 2021
2.42 1.63 1.5~1.9 1.55
岩盐 酒精 水 空气
1.55 1.36 1.33 1.0028
1、不同介质折射率不同，我们把 折射率较小的介质称为光疏介质， 折射率较大的介质称为光密介质．
2、光疏介质和光密介质是相对的
提出问题：光射到两种介质分界面时 是否总是同时发生反射和折射？
探究实验一：光从空气射入玻璃 探究实验二：光从玻璃射入空气
2、产生条件
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
思考与讨论
不同的介质，由于折射率不同，在空气中发生全反射的临界 角是不一样的。请大家计算折射率为n的某种介质在空气（真 空）中发生全反射时的临界角C。
N θ1
O
θ2 N'
光从介质射入空气（真空）
空气
时，发生全反射的临界角C与介 质的折射率n的关系是