13.2 全反射导学案
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13.2全反射导学案
【学习目标】
1.知道光疏介质和光密介质。
2.知道光的全反射现象。
3.知道介质的临界角与该种介质的折射率之间的关系式。
4.知道全反射现象的一些实际应用。
【重点难点】
掌握临界角的概念和发生全反射的条件;全反射的应用,对全反射现象的解释.
【课前预习】
1.物理学中,把折射率较小的介质称为光疏介质,折射率较大的介质叫做光密介质。
2.光疏介质和光密介质是相对的,第题中,水相对空气是光密介质,但是它相对玻璃是光疏介质。
3.根据折射定律可知,光从空气射入水中时,入射角大于折射角;而光从水中射入空气中时,入射角小于折射角。由此得到一个很重要的结论: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。
4.观察演示实验;由实验可以看出,当光沿着半圆形的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,另一部分光反射回玻璃砖内,当逐渐增大入射角时,会看到空气中的折射角在增大,并且折射光线离法线越来越远,而且折射光线越来越弱,反射光线越来越强,当入射角增大到某一角度,使折射角大到°时,折射光线完全消失,只剩下反射光线,这种现象叫做光的全反射。
5.我们把刚好发生全反射时(即折射角等于°时)的入射角叫做这种介质的临界角;因为发生全反射时折射角大于入射角,所以只有光从光密介质射入光疏介质时,才可能发生全反射。
例:某种介质的折射率为,临界角为,则根据临界角是折射角等于°时的入射角,再根据折射定律及光路可逆可得:
【典题探究】
知识点一 全反射现象
例1.如图所示,是两面平行的透明玻璃砖,面和面平行,它们分别是玻璃和空气的界面,设为界面Ⅰ和界面Ⅱ,光线从界面Ⅰ射入玻璃砖,再从界面Ⅱ射出,回到空气中,如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角,则( )
A.只要入射角足够大,光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象
B.只要入射角足够大,光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象
C.不管入射角多大,光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象
D.不管入射角多大,光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象
答案:CD
误区警示 有的同学认为在界面Ⅱ,光由光密介质进入光疏介质,只要入射角足够大,就可能发生全反射现象.这是错误的,错误的原因在于孤立地讨论光在界面Ⅱ能否发生全反射现象,而没有认识到光是由界面Ⅰ进入玻璃后再到达界面Ⅱ,到达界面Ⅱ时光的入射角等于在界面Ⅰ的折射角,它的大小是受到折射定律限制的,因此在界面Ⅱ上的入射角总是小于临界角.
° 空气
介 CCnsin1sin90sin知识点二 折射与全反射
例2.已知介质对某单色光的临界角为C,则( )
A.该介质对单色光的折射率等于Csin1
B.此单色光在该介质中的传播速度等于csinC·(是光在真空中的传播速度)
C.此单色光在该介质中的波长是在真空中波长的sinC倍
D.此单色光在该介质中的频率是在真空中的Csin1倍
答案:ABC
例3.半径为的半圆柱形玻璃,横截面如图所示,为圆心,已知玻璃的折射率为2,当光由玻璃射向空气时,发生全反射的临界角为°,一束光以与平面成°角的方向射向半圆柱形玻璃,求能从射出的光束的宽度为多少?
解析:如图所示,进入玻璃中的光线①垂直半球面,沿半径方向直达球心位置,且入射角等于临界角,恰好在点发生全反射.光线①左侧的光线(如:光线②)经球面折射后,射在上发生全反射,不能射出.光线①右侧的光线经半球面折射后,射到面上的入射角均小于临界角,能从面上射出.最右边射向半球的光线③与球面相切,入射角°,由折射定律知:nisin22,则°.故光线③将垂直射出.所以在面上射出的光束宽度应是22.
答案:22
巧解提示 先画出光路图,再进行分析,分析时要注意全反射的条件,并要注意应用几条特殊的光线来分析问题.
知识点三 全反射现象的应用
例4.如图所示,一根长为的直光导纤维,它的折射率为.光从它的一个端面射入,又从另一端面射出所需的最长时间为多少?(设光在真空中的光速为)
答案:cLn2