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1、第 四 章 光 的 折 射 與 全 反 射福 州 亭 江 中 學(xué) 傅 志 挺2008.4.11物 理 選 修 3-4 生 活 中 有 很 多 跟 光 有 關(guān) 的 有 趣 的 自 然現(xiàn) 象 比 較 不 容 易 看 到 的 有 : 海 市 蜃 樓 視 頻 .wmv 沙 漠 海 市 蜃 樓 .rm 比 較 容 易 看 到 的 有 : 路 面 全 反 射 .mpg 水 珠 .mpg 實 驗 實 驗 1： 一 束 激 光 從 空 氣 射 向 半 圓 形 玻 璃 磚 的 直 角 邊 A的 圓 心 O。思 考 :兩 者 有 何 異 同 點 ?實 驗 2： 一 束 激 光 從 空 氣 射 向 半 圓 形 玻

2、璃 磚 的 半 圓 面 。玻 璃 全 反 射 .mpg 不 同 點 ： 光 從 空 氣 玻 璃 ， 入 射 角 折 射 角 ； 光 從 玻 璃 空 氣 ，入 射 角 折 射 角 光 從 空 氣 玻 璃 ， 同 時 存 在 反 射 光 和 折 射 光 ； 光 從 玻 璃 空 氣 ， 當(dāng) 入 射 角 達 到 某 個 角 度 時 折 射 角 達到 90 ， 折 射 光 線 消 失 相 同 點 ： 入 射 角 增 大 ， 反 射 角 增 大 ， 折 射 角 也 增 大 ； 入 射 角 增 大 ， 反 射 光 強 度 增 加 ， 折 射 光 強 度 減 弱 ； 在 半 圓 形 界 面 ， 光 的 入 射

3、 角 皆 為 零 度 ， 光 不 偏 離 直 線 傳 播 ； 而 在 直 徑 AB的 分 界 面 ， 光 偏 離 原 直 線 傳 播 。 光 由 一 種 透 明 介 質(zhì) 射 到 另 一 透 明介 質(zhì) ,光 線 不 發(fā) 生 折 射 ， 而 全 部 返 回 到原 介 質(zhì) 中 的 傳 播 現(xiàn) 象 叫 全 反 射 現(xiàn) 象全 反 射 現(xiàn) 象 :問 :是 否 只 有 玻 璃 才 能 發(fā) 生 全 反 射 呢 ?水 全 反 射 .rm 從 以 上 的 實 驗 中 ,我 們 可 以 得 到 什么 結(jié) 論 呢 ?什 么 情 況 下 發(fā) 生 了 全 反射 ? 1 光 從 玻 璃 (或 水 )介 質(zhì) 到 空 氣 2

4、入 射 角 要 大 于 某 個 值 12 介 質(zhì)NN AOB 空 氣 12 介 質(zhì)NN AOB 空 氣 光 由 玻 璃 介 質(zhì) 射 入 空 氣 時 ， 同 時 發(fā) 生 反 射 和 折 射 ，折 射 角 大 于 入 射 角 ， 隨 著 入 射 角 的 增 大 ， 反 射 光 線 越來 越 強 ， 折 射 光 線 越 來 越 弱 ， 當(dāng) 折 射 角 增 大 到 90 時 ，折 射 光 線 完 全 消 失 ， 只 剩 下 反 射 光 線 ， 這 種 現(xiàn) 象 叫 做全 反 射 13 介 質(zhì)NN AOC 空 氣12 介 質(zhì)NN AOB 空 氣3C 全 反 射 13 玻 璃 介 質(zhì)NN AOB 空 氣 n

5、C 1sin 臨 界 角水 的 臨 界 角 為 48.80 各 種 玻 璃 的 臨 界 角 為 320-420 金 剛 石 的 臨 界 角 為 24.40nCC sin1sin90sin 思 考 :光 從 空 氣 射 向 玻 璃 中 會 發(fā) 生 全 反 射 嗎 ? 1 3NNA O B1 2 空 氣NNA O B光 疏 介 質(zhì) 和 光 密 介 質(zhì)介 質(zhì) 1 空 氣介 質(zhì) 22 3n n2 發(fā) 生 全 反 射 的 條 件思 考 :光 從 玻 璃 介 質(zhì) 射 向 水 中 會 發(fā) 生 全反 射 嗎 ? 蜃 景 .swf 1、 光 線 由 AB面 垂 直 入射 2、 光 線 由 AC面 垂 直入 射全

6、 反 射 棱 鏡 AB C CBA 在 AC面 發(fā) 生 全 反 射 ，垂 直 由 BC面 出 射 在 AB、 BC面 發(fā) 生 兩 次 全反 射 ， 垂 直 由 AC面 出 射 全 反 射 棱 鏡 在 光 學(xué) 儀 器 里 ， 常 用 全 反 射 棱 鏡 來 代 替 平 面 鏡 ，改 變 光 的 傳 播 方 向 望 遠 鏡 為 了 提 高 倍 數(shù) ， 鏡 筒 要 很長 ， 通 過 使 用 全 反 射 棱 鏡 能 夠 縮 短 鏡 筒 的 長 度 縮 短 鏡 筒 的 長 度 全 反 射 棱 鏡 一 般 的 平 面 鏡 都 是 在 玻 璃 的 后 面 鍍 銀 ， 但 是 銀 面 容 易 脫落 因 此 對

7、 于 精 密 的 光 學(xué) 儀 器 ， 如 照 相 機 、 望 遠 鏡 、 顯 微 鏡等 ， 就 需 要 用 全 反 射 棱 鏡 代 替 平 面 鏡 與 平 面 鏡 相 比 ,它 的 反射 率 高 ,幾 乎 可 達 100% 提 高 反 射 率 在 實 際 的潛 望 鏡 里用 全 反 射棱 鏡 代 替平 面 鏡潛 望 鏡潛 望 鏡 .mpg 光 導(dǎo)纖 維 光 纖 通 信光 纖 潛 望 鏡內(nèi) 窺 鏡原 理 ：結(jié) 構(gòu) ：應(yīng) 用 光 的 全 反 射包 層 與 內(nèi) 芯 光 纖 光 纖 通 信 的 主 要 優(yōu) 點 是 容 量 大 、 衰減 小 、 抗 干 擾 性 強 雖 然 光 纖 通 信 的 發(fā)展 歷

8、史 只 有 20多 年 的 ， 但 是 發(fā) 展 的 速 度是 驚 人 的 在 潛 水 員 看 來 ， 岸 上 的 所 有 景 物 ， 都 出 現(xiàn) 在 一 個 倒 立 的 圓 錐 里 ， 為什 么 ？ 這 個 圓 錐 的 頂 角 是 多 大 ？ C水 的 折 射 率 為 1.33 所 以 C=48.80則 有 圓 錐 頂 角 =2C=97.60nC 1sin 1、 光 疏 介 質(zhì) 、 光 密 介 質(zhì)2、 全 反 射 定 義臨 界 角 C全 反 射 的 產(chǎn) 生 條 件3、 全 反 射 原 理 的 應(yīng) 用 實 例 全 反 射 棱 鏡光 導(dǎo) 纖 維海 市 蜃 樓nC 1sin 例 題 1光 在 某 種

9、 介 質(zhì) 中 的 傳 播 ,介 質(zhì) 的 折 射率 為 2， 若 要 使 光 從 此 介 質(zhì) 射 向 真 空 時 發(fā) 生全 反 射 ， 則 入 射 角 不 可 能 的 值 是 ： A. 150 B. 300C. 450 D. 600 (例 題 2)某 介 質(zhì) 的 折 射 率 為 2， 一 束 光 從 介質(zhì) 射 向 空 氣 ， 入 射 角 為 60 ， 如 圖 1所 示 的哪 個 光 路 圖 是 正 確 的 ? D (例 題 3)劣 質(zhì) 的 玻 璃 中 往 往 含 有 氣 泡 .這 些空 氣 泡 看 上 去 比 較 亮 ,對 這 一 現(xiàn) 象 有 下 列不 同 的 解 釋 ,其 中 正 確 的 是

10、( )A空 氣 泡 對 光 線 有 聚 集 作 用 ,因 而 較 亮 .B.空 氣 泡 對 光 線 有 發(fā) 散 作 用 .因 而 較 亮 .C.從 空 氣 泡 到 達 玻 璃 的 界 面 處 的 光 一 部 分發(fā) 生 全 反 射 ,因 而 較 亮 .D.從 玻 璃 到 達 空 氣 泡 的 界 面 處 的 光 一 部 分發(fā) 生 全 反 射 ,因 而 較 亮 . D ( 例 題 4)如 圖 所 示 ， 一 束 光 以 45 的 入 射 角 從空 氣 投 射 到 三 棱 鏡 的 一 個 側(cè) 面 上 ， 在 棱 鏡 上 發(fā)生 折 射 ， 折 射 光 線 與 棱 鏡 該 側(cè) 面 成 60 角 ， 并在

11、棱 鏡 另 一 側(cè) 面 上 恰 好 發(fā) 生 全 反 射 。 由 此 可 知 ，該 棱 鏡 材 料 的 折 射 率 為 _， 該 棱 鏡 的 頂角 的 大 小 為 _ 2 750 2、 在 研 究 全 反 射 現(xiàn) 象 中 ， 剛 好 發(fā) 生 全 反 射 ， 即 折 射 角 等 于90 時 的 入 射 角 是 一 個 很 重 要 的 物 理 量 ， 叫 做 臨 界 角 C。1、 定 義 ： （ 當(dāng) 光 從 玻 璃 射 向 空 氣 時 ， 一 部 分 光 從 分 界 面 上 折射 到 空 氣 中 ， 一 部 分 光 反 射 回 玻 璃 內(nèi) ， 逐 漸 增 大 入 射 角 ， 會看 到 折 射 光 離

12、 法 線 越 來 越 遠 ， 而 且 越 來 越 弱 ， 反 射 光 卻 越 來越 強 。 ） 當(dāng) 入 射 角 增 大 到 某 一 角 度 ， 使 折 射 角 達 到 90 時 ，折 射 光 線 完 全 消 失 ， 只 剩 下 反 射 光 ， 這 種 現(xiàn) 象 叫 做 全 反 射 。3、 臨 界 角 C是 折 射 角 等 于 90 時 的 入 射 角 ， 據(jù) 折 射 定 律 及 光路 可 逆 性 可 計 算 出 光 從 介 質(zhì) 射 入 空 氣 時 ,C和 折 射 率 的 關(guān) 系 ：4、 產(chǎn) 生 全 反 射 現(xiàn) 象 的 條 件 ： 光 從 光 密 介 質(zhì) 射 入 光 疏 介 質(zhì) 入 射 角 臨 界 角 nCCCn 1sin,sin1sin90sin 0 即 ：