普通高中物理选择性必修一 第四章第2节全反射

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• 普通高中物理选择性必修一 第四章第2节 全反射
• 内容来源|普通高中教科书 物理 选择性必修第一册 人民教育出版社 软件|亿图脑图MindMaster
• 全反射
• 光疏介质光密介质
  • 折射率较小的称为光疏介质，折射率较大的称为光密介质。
    • 光疏介质与光密介质是相对的。
    • 根据折射定律，光由光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角；光由密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角。
• 光由光密介质进入光疏介质时，如果入射角不断增大，使折射角增大到90°时，会出现什么现象？
• 演示：全反射现象
  • 让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它平直的边上，在这个边与空气的界面上会发生反射和折射。逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化。
• 全反射
  • 光从光密介质射入光疏介质入射角逐渐增大
    • 折射光离法线越来越远，且越来越弱。
    • 反射光越来越强。
    • 当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫作全反射。 这时的入射角叫作临界角。
  • 全反射的发生条件
    • 光从光密介质射入光疏介质
    • 入射角等于或大于临界角
  • 自然界中常见的全反射现象
    • 例如：水中或玻璃中的气泡，看起来特别明亮。
      • 分析：光从水或玻璃射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射。
• 思考与讨论 由于不同介质的折射率不同，在光从介质射入空气（真空）时，发生全反射的临界角是不同的。怎样计算光从折射率为n的某种介质射入空气（真空）发生全反射时的临界角C?
  • 考虑光以接近90°的入射角从空气射入介质，求出这时的折射角。
  • 根据光路可逆的原理，可知光从介质射入空气时发生全反射的临界角。
• 临界角
  • • 关系式中，C为光从介质射入空气（真空）发生全反射时的临界角，n为介质的折射率。
    • 关系式反映，介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。
    • 科研和技术常常通过测量临界角来测定材料的折射率。
    • 常见介质的临界角：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24.4°。
• 例题 在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，为什么？这个圆锥的顶角多大？
• 分析：岸上所有景物发出的光，射向水面时入射角分布在0°到90°之间，射入水中后的折射角都在0°至临界角C之间。
• 全反射棱镜
• 全反射棱镜的截面为等腰直角三角形
  • 全反射棱镜的光路
    • 玻璃内部，光射向玻璃与空气的界面时，入射角大于临界角，发生全反射。
  • 与平面镜相比，全反射棱镜的反射率高，几乎可达100%。
  • 全反射棱镜在光学仪器中可用来改变光的方向，应用十分广泛，例如双筒望远镜中的全反射棱镜。
• 光导纤维
• 演示：观察光在弯曲的 有机玻璃棒中传播的路径
  • 激光笔发出的光射入一根弯曲的有机玻璃的一端，观察光传播的路径。
• 光导纤维
  • 光导纤维导光原理
    • 实用光导纤维的直径只有几微米到一百微米。它由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套大。当光在有机玻璃棒内传播时，如果从有机玻璃射向空气的入射角大于临界角，光会发生全反射，于是光在有机玻璃棒内沿着锯齿形路线传播。
  • 应用
    • 医学用内窥镜
      • 如果把光导纤维聚集成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图像就可以从一端传到另一端。
      • 实际的内窥镜装有两组光纤，一组把光传送到人体内部进行照明，另一组把体内的图像付出供医生观察。
    • 光纤通信
      • 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，就可以传到千里以外的另一端，实现光纤通信。
      • 光纤通信有传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强等多方面优点。
      • 我国目前已经建立了纵横城市之间的光缆通信网络，而且与邻国建立了海底光缆。光缆线路已经与通信卫星、微波中继站、普通电缆相结合，构成了现代国家的“神经系统”。
• 做一做 光流导光
  • 将塑料瓶下侧开一个小孔，瓶中灌入清水，水就从小孔流出。
  • 用激光水平射向塑料瓶小孔，观察光的传播路径。
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