【教學(xué)目標(biāo)】
1．知道什么是光疏介質(zhì)，什么是光密介質(zhì)。
2．理解光的全反射現(xiàn)象。
3．理解臨界角的概念，能判斷是否發(fā)生全反射，并能解決相關(guān)的問題。
4．知道光導(dǎo)纖維原理及其作用。
重點(diǎn)：全反射條件，臨界角概念及應(yīng)用.[
難點(diǎn)：臨界角概念、臨界條件時(shí)的光路圖及解題.
【自主預(yù)習(xí)】
1.不同介質(zhì)的折射率不同，我們把折射率較小的介質(zhì)稱為________介質(zhì)，折射率較大的介質(zhì)稱為________介質(zhì)。光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)是________。
2．當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，當(dāng)入射角增大到某一角度，使折射角達(dá)到________時(shí)，折射光________消失，________反射光，這種現(xiàn)象叫做全反射。這時(shí)的入射角叫做________。
3．發(fā)生全反射的條件：當(dāng)光從________介質(zhì)射入________介質(zhì)時(shí)，如果入射角等于或者大于________，就會發(fā)生全反射現(xiàn)象。
4．光從介質(zhì)射入空氣(真空)時(shí)，發(fā)生全反射的臨界角C與介質(zhì)的折射率n的關(guān)系是________。
5.臨界角：折射角等于__________時(shí)的___________角叫臨界角，用C表示，.
6.發(fā)生全反射的條件：（1）光由_______介質(zhì)射向_____介質(zhì)；（2）入射角________臨界角.
7.全反射棱鏡： 。與平面鏡相比，它的 ， ，由于反射面不必涂反光物質(zhì)，所以反射時(shí) 。它在光學(xué)儀器中用來
8.光導(dǎo)纖維；實(shí)際用的光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲，直徑只有幾微米到一百微米之間，在___________和___________的界面上發(fā)生全反射
【典型例題】
一、光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)
【例1】下列說法正確的是( )
A．因?yàn)樗拿芏却笥诰凭拿芏龋运枪饷芙橘|(zhì)
B．因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎?，所以水對酒精來說是光疏介質(zhì)
C．同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較大
D．同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較小
二、全反射
【例2】已知介質(zhì)對某單色光的臨界角為C，則( )
A．該介質(zhì)對單色光的折射率等于eq \f(1,sinC)
B．此單色光在該介質(zhì)中的傳播速度等于csinC(c是光在真空中的傳播速度)
C．此單色光在該介質(zhì)中的傳播波長是在真空中波長的sinC倍
D．此單色光在該介質(zhì)中的頻率是在真空中的eq \f(1,sinC)倍
三、光導(dǎo)纖維
【例3】．如圖13－2－5所示，一段橫截面為正方形的玻璃棒，中間部分彎成四分之一圓弧形狀，一細(xì)束單色光由MN端面的中點(diǎn)垂直射入，恰好能在弧面EF上發(fā)生全反射，然后垂直PQ端面射出。
(1)求該玻璃棒的折射率；
(2)若將入射光向N端平移，當(dāng)?shù)谝淮紊涞交∶鍱F上時(shí)________(填“能”“不能”或“無法確定能否”)發(fā)生全反射。
四、全反射的應(yīng)用：
【例4】有人在河中游泳，頭部露出水面，在某一位置當(dāng)他低頭向水中觀察時(shí)，看到河底有一靜止物體跟他眼睛正好在同一豎直線上。這個(gè)人再向前游12 m，正好不能看見此物體，求河深。(水的折射率為4/3)
【課后練習(xí)】
1．如圖所示，ABCD是兩面平行的透明玻璃磚，AB面和CD面平行，它們分別是玻璃和空氣的界面，設(shè)為界面Ⅰ和界面Ⅱ，光線從界面Ⅰ射入玻璃磚，再從界面Ⅱ射出，回到空氣中，如果改變光到達(dá)界面Ⅰ時(shí)的入射角，則( )
A.只要入射角足夠大，光線在界面Ⅰ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象
B.只要入射角足夠大，光線在界面Ⅱ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象
C.不管入射角多大，光線在界面Ⅰ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象
D.不管入射角多大，光線在界面Ⅱ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象
2．已知介質(zhì)對某單色光的臨界角為C，則（ ）
A.該介質(zhì)對單色光的折射率等于
B.此單色光在該介質(zhì)中的傳播速度等于c·sinC（c是光在真空中的傳播速度）
C.此單色光在該介質(zhì)中的波長是在真空中波長的sinC倍
D.此單色光在該介質(zhì)中的頻率是在真空中的倍
3．一束光線從折射率為1.5的玻璃內(nèi)射向空氣，在界面上的入射角為45°.下面四個(gè)光路圖中，正確的是（ )
4．在醫(yī)學(xué)上，光導(dǎo)纖維可以制成內(nèi)窺鏡，用來檢查人體胃、腸、氣管等器官的內(nèi)部．內(nèi)窺鏡有兩組光導(dǎo)纖維，一組用來把光輸送到人體內(nèi)部，另一組用來進(jìn)行觀察．光在光導(dǎo)纖維中的傳輸利用了（ )
A．光的折射 B．光的衍射
C．光的干涉 D．光的全反射
5．潛水員在水深為h的地方向水面觀望時(shí)，發(fā)現(xiàn)整個(gè)天空及遠(yuǎn)處地面的景物均呈現(xiàn)在水面處的圓形區(qū)域內(nèi)，已知水的臨界角為θ,則所觀察到的圓形半徑為（ )
A.htanθ B.hsinθ
C.h/tanθ D.h/sinθ
6．光線在玻璃和空氣的分界面上發(fā)生全反射的條件是( )
A．光從玻璃射到分界面上，入射角足夠小
B．光從玻璃射到分界面上，入射角足夠大
C．光從空氣射到分界面上，入射角足夠小
D．光從空氣射到分界面上，入射角足夠大
7．在自行車的后擋泥板上，常常安裝著一個(gè)“尾燈”。其實(shí)它不是燈，它是一種透明的塑料制成的，其截面如圖15－1所示。夜間，從自行車后方來的汽車燈光照在“尾燈”上時(shí)，“尾燈”就變得十分明亮，以便引起汽車司機(jī)的注意。從原理上講，它的功能是利用了( )
A．光的折射 B．光的全反射
C．光的干涉 D．光的衍射
9．光線從折射率為eq \r(2)的介質(zhì)中射向空氣，如果入射角為60°，下圖中光路可能的是( )
8．關(guān)于光纖的說法，正確的是( )
A．光纖是由高級金屬制成的，所以它比普通電線容量大
B．光纖是非常細(xì)的特制玻璃絲，但導(dǎo)電性能特別好，所以它比普通電線衰減小
C．光纖是非常細(xì)的特制玻璃絲，有內(nèi)芯和外套兩層組成，光纖是利用全反射原理來實(shí)現(xiàn)光的傳導(dǎo)的
D．在實(shí)際應(yīng)用中，光纖必須呈筆直狀態(tài)，因?yàn)閺澢墓饫w是不能導(dǎo)光的
10．一束光從空氣射入折射率n＝eq \r(2)的某種玻璃的表面，下列說法中正確的是( )
A．當(dāng)入射角大于45°時(shí)，會發(fā)生全反射現(xiàn)象
B．無論入射角多大，折射角都不會超過45°
C．欲使折射角等于30°，光應(yīng)以45°角入射
D．當(dāng)入射角等于arctaneq \r(2)時(shí)，反射光線恰好跟折射光線垂直
11．兩種單色光由水中射向空氣時(shí)發(fā)生全反射的臨界角分別為θ1、θ2，已知θ1＞θ2。用n1、n2分別表示水對兩單色光的折射率，v1、v2分別表示兩單色光在水中的傳播速度，則( )
A．n1v2
12．空氣中兩條光線a和b從方框左側(cè)入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖15－4所示。方框內(nèi)有兩個(gè)折射率n＝1.5的玻璃全反射棱鏡。下圖給出了兩個(gè)棱鏡四種放置方式的示意圖，其中能產(chǎn)生圖15－4效果的是( )
13．（2012蘇錫常鎮(zhèn)一模）一束細(xì)光束由真空沿著徑向射入一塊半圓柱形透明體，如圖（a）所示，對其射出后的折射光線的強(qiáng)度進(jìn)行記錄，發(fā)現(xiàn)折射O
光線的強(qiáng)度隨著θ的變化而變化，如圖（b）的圖線所示.此透明體的臨界角為 ▲ ，折射率為 ▲ .
14．如圖15－7所示，一根長為L的直光導(dǎo)纖維，它的折射率為n。光從它的一個(gè)端面射入，又從另一端面射出所需的最長時(shí)間是多少？(設(shè)光在真空中的光速為c)
例題答案：
1. 【答案】B、D
【解析】因?yàn)樗恼凵渎蕿?.33，酒精的折射率為1.36，所以水對酒精來說是光疏介質(zhì)；由v＝c/n可知，光在光密介質(zhì)中的速度較小。
2. 【答案】A、B、C
【解析】由臨界角的計(jì)算式sinC＝eq \f(1,n)，得n＝eq \f(1,sinC)，選項(xiàng)A正確；將n＝eq \f(c,v)代入sinC＝eq \f(1,n)得sinC＝eq \f(v,c)，故v＝csinC，選項(xiàng)B正確；設(shè)該單色光的頻率為f，在真空中的波長為λ0，在介質(zhì)中的波長為λ，由波長、頻率、光速的關(guān)系得c＝λ0f，v＝λf，由sinC＝eq \f(v,c)＝eq \f(λ,λ0)，λ＝λ0sinC，選項(xiàng)C正確；該單色光由真空傳入介質(zhì)時(shí)，頻率不發(fā)生變化，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
3. 解析：如圖所示單色光照射到EF弧面上時(shí)剛好發(fā)生全反射，由全反射的條件得C＝45°
由折射定律得n＝eq \f(sin90°,sinC)
聯(lián)立④⑤式得n＝eq \r(2)。
答案：(1) eq \r(2) (2)能
4,。【答案】10.6 m
【解析】如圖13－2－6所示由題意知，C為臨界角，則
sinC＝eq \f(1,n)＝eq \f(3,4)①
由幾何關(guān)系，可得sinC＝eq \f(12,\r(122＋h2))②
聯(lián)立①②得：eq \f(3,4)＝eq \f(12,\r(122＋h2))，解之得：h＝10.6 m。
課后練習(xí)答案：
1．CD
2.ABC
3.A
4.D
5.A
6. 解析：發(fā)生全反射的條件是光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于等于臨界角，故B正確。
答案：B
7. 解析：從題圖可以看出，自行車的尾燈是利用了全反射的原理，使光線發(fā)生了180°偏折。
答案：B
8. 解析：光導(dǎo)纖維的作用是傳導(dǎo)光，它是直徑為幾微米到一百微米之間的特制玻璃絲，且由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大。載有聲音、圖像及各種數(shù)字信號的激光傳播時(shí)，在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射，光纖具有容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，光纖是可以彎曲的。所以，答案是C。
答案：C
9. 解析：先根據(jù)sinC＝1/n求出臨界角為45°，由于入射角等于60°大于臨界角，則必定發(fā)生全反射，因此只有反射光線而無折射光線。
答案：C
10. 解析：由光疏介質(zhì)進(jìn)光密介質(zhì)，不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；最大入射角為90°，此時(shí)最大折射角為45°，故B項(xiàng)正確；根據(jù)n＝eq \f(sini,sinr)可知，C項(xiàng)正確；由幾何關(guān)系可知D項(xiàng)正確。
答案：B、C、D
11. 解析：由臨界角定義sinC＝eq \f(1,n)可知，臨界角小，折射率大，因?yàn)棣?＞θ2，所以n1＜n2，故選C、D是錯(cuò)誤的；由n＝eq \f(c,v)知，n1v1＝n2v2，v1＞v2，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤而B正確。
答案：B
12. 解析：畫出入射光線與出射光線反向延長線的交點(diǎn)則為發(fā)生全反射的位置，畫上全反射棱鏡，可知B正確。
答案：B
13．（2） 60°（2分）， （2分）
14. 解析：由題中的已知條件可知，要使光線從光導(dǎo)纖維的一端射入，然后從它的另一端全部射出，必須使光線在光導(dǎo)纖維中發(fā)生全反射現(xiàn)象。要使光線在光導(dǎo)纖維中經(jīng)歷的時(shí)間最長，就必須使光線的路徑最長，即光對光導(dǎo)纖維的入射角最小。光導(dǎo)纖維的臨界角為
C＝arcsineq \f(1,n)。
光在光導(dǎo)纖維中傳播的路程為
d＝eq \f(L,sinC)＝nL。
光在光導(dǎo)纖維中傳播的速度為v＝eq \f(c,n)。
所需最長時(shí)間為tmax＝eq \f(d,v)＝eq \f(nL,\f(c,n))＝eq \f(n2L,c)。
答案：eq \f(n2L,c)

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