【學(xué)習(xí)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．知道全反射棱鏡和光導(dǎo)纖維的原理及應(yīng)用。
1．光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)對于折射率不同的兩種介質(zhì)，我們把折射率______的稱為光疏介質(zhì)，折射率______的稱為光密介質(zhì)。2．全反射現(xiàn)象(1)當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，同時(shí)發(fā)生折射和反射。當(dāng)入射角增大到某一角度，使折射角達(dá)到______時(shí)，折射光完全消失，只剩下________，這種現(xiàn)象叫作全反射，這時(shí)對應(yīng)的________叫作臨界角。
(2)發(fā)生全反射的條件①光由______介質(zhì)射入______介質(zhì)。②入射角______或______臨界角。(3)臨界角與折射率的關(guān)系①定量關(guān)系：光由某種介質(zhì)射入空氣(或真空)時(shí)，sin C＝____。②定性關(guān)系：介質(zhì)的折射率越大，發(fā)生全反射的臨界角______，越容易發(fā)生全反射。
1．全反射棱鏡(1)構(gòu)造：截面為________________的玻璃棱鏡叫全反射棱鏡。(2)光學(xué)特性：①當(dāng)光垂直于截面的直角邊射入棱鏡時(shí)，光在截面的斜邊上發(fā)生________，光射出棱鏡時(shí)，傳播方向改變了______。②當(dāng)光垂直于截面的斜邊射入棱鏡時(shí)，在兩個(gè)直角邊上各發(fā)生一次________，使光的傳播方向改變了_______。
(3)主要優(yōu)點(diǎn)①光垂直于它的一個(gè)界面射入后，都會(huì)在其內(nèi)部發(fā)生________，與平面鏡相比，它的反射率______。②反射面不必涂敷任何反光物質(zhì)，反射時(shí)________。
2．光導(dǎo)纖維(1)原理：利用了光的________。(2)構(gòu)造：光導(dǎo)纖維是一種透明的玻璃纖維絲，直徑只有1～100 μm左右，如圖所示。它是由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率______外套的折射率，光由一端進(jìn)入，在內(nèi)芯和外套的界面上經(jīng)多次________，從另一端射出。(3)主要優(yōu)點(diǎn)：容量大、衰減小、抗干擾能力強(qiáng)、__________等。
『判一判』(1)水的密度大于酒精的密度，水是光密介質(zhì)。(　　)(2)光從水中射入空氣中時(shí)一定能發(fā)生全反射。(　　)(3)光從玻璃射入空氣中時(shí)能發(fā)生全反射。(　　)(4)水或玻璃中的氣泡看起來特別亮，就是因?yàn)楣鈴乃虿Ａ湎驓馀輹r(shí)，在界面發(fā)生了全反射。(　　)(5)只要入射角足夠大，就能發(fā)生全反射。(　　)
『選一選』(多選)透明的水面上有一圓形荷葉，葉梗直立在水中，緊靠葉梗有一條小魚，在岸上的人恰能看到小魚，則(　　)A．當(dāng)小魚潛深點(diǎn)時(shí)，人就看不見它B．當(dāng)小魚潛深點(diǎn)時(shí)，人照樣能看見它C．當(dāng)小魚上浮點(diǎn)時(shí)，人就看不見它D．當(dāng)小魚上浮點(diǎn)時(shí)，人照樣看見它解析：小魚下潛一點(diǎn)后，它的入射角變小，光線能折射出水面，人能看到魚，同理，魚上浮一點(diǎn)，入射角大于臨界角，發(fā)生全反射，所以，B、C正確，A、D錯(cuò)誤。
『想一想』夏季的早晨，從某一方向看植物葉子上的露珠會(huì)格外明亮，玻璃中的氣泡從側(cè)面看也是特別明亮，這是什么道理呢？
解析：光照射露珠或經(jīng)玻璃照射氣泡時(shí)，一部分光會(huì)發(fā)生全反射，有更多的光反射到人的眼睛中，光的能量大了，人就會(huì)感覺特別明亮。
如圖所示，光由玻璃斜射向空氣，若逐漸增加入射角，當(dāng)入射角增大到一定程度后將出現(xiàn)折射光消失的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象叫作全反射。請問：要想出現(xiàn)這種現(xiàn)象必須具備什么條件？
提示：①光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)②入射角大于或等于臨界角
1．對光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解(1)相對性光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是相對而言的，并沒有絕對的意義。例如：水晶(n＝1.55)對玻璃(n＝1.5)是光密介質(zhì)，而對金剛石來說(n＝2.427)，就是光疏介質(zhì)。同一種介質(zhì)到底是光疏介質(zhì)還是光密介質(zhì)，是不確定的。(2)與介質(zhì)密度無關(guān)光疏和光密是從介質(zhì)的光學(xué)特性來說的，并不是它的密度大小。例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介質(zhì)。
(3)產(chǎn)生全反射現(xiàn)象的條件①光從光密介質(zhì)射到它與光疏介質(zhì)的界面上。②入射角等于或大于臨界角。(4)全反射現(xiàn)象中的能量分配關(guān)系①折射角隨入射角的增大而增大，折射角增大的同時(shí)，折射光線的強(qiáng)度減弱，即折射光線的能量減小，亮度減弱，而反射光線增強(qiáng)，能量增大，亮度增加。②當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí)(即臨界角)，折射光能量減到零，入射光的能量全部反射回來，這就是全反射現(xiàn)象。
(5)不同色光的臨界角不同顏色的光由同一介質(zhì)射向空氣或真空時(shí)，頻率越高的光的臨界角越小，越易發(fā)生全反射。
1．如圖是在高山湖泊邊拍攝的一張風(fēng)景照片，湖水清澈見底，近處湖面水下的景物(石塊、砂礫等)都看得很清楚，而遠(yuǎn)處只看到對岸山峰和天空的倒影，水面下的景物則根本看不到。下列說法中正確的是(　　)
A．遠(yuǎn)處山峰的倒影非常清晰，是因?yàn)樯椒宓墓饩€在水面上發(fā)生了全反射B．光線由水射入空氣，光的波速變大，波長變小C．遠(yuǎn)處水面下景物的光線射到水面處，入射角很大，可能發(fā)生了全反射，所以看不見D．近處水面下景物的光線射到水面處，入射角較小，反射光強(qiáng)而折射光弱，因此有較多的能量射出水面而進(jìn)入人眼中
解析：遠(yuǎn)處山峰的倒影非常清晰，是因?yàn)樯椒宓墓饩€在水面上發(fā)生了反射，但不是全反射，因?yàn)槿瓷渲挥泄鈴墓饷芙橘|(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)才可能發(fā)生，故A錯(cuò)誤；光線由水射入空氣，光的波速變大，頻率不變，由波速公式v＝λf知波長變大，故B錯(cuò)誤；遠(yuǎn)處水面下景物的光線射到水面處，入射角很大，當(dāng)入射角大于等于全反射臨界角時(shí)能發(fā)生全反射，光線不能射出水面，因而看不見，故C正確；近處水面下景物的光線射到水面處，入射角較小，反射光較弱而折射光較強(qiáng)，射出水面而進(jìn)入人眼睛中的能量較多，故D錯(cuò)誤。
如圖所示，自行車后面有尾燈，它雖然本身不發(fā)光，但在夜間行駛時(shí)，從后面開來的汽車發(fā)出的強(qiáng)光照在尾燈上，會(huì)有較強(qiáng)的光被反射回去，使汽車司機(jī)注意到前面有自行車。那么自行車的尾燈利用了什么原理？
提示：利用了全反射的原理。
1．全反射棱鏡橫截面是等腰直角三角形的棱鏡是全反射棱鏡。它在光學(xué)儀器里，常用來代替平面鏡，改變光的傳播方向。光通過全反射棱鏡時(shí)的幾種方式：
2.光導(dǎo)纖維(1)光導(dǎo)纖維：用光密介質(zhì)制成的用來傳導(dǎo)光信號的纖維狀的裝置。(2)光纖原理：“光纖通信”利用了全反射原理。實(shí)際用的光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲，一定程度上可以彎折，直徑只有幾微米到一百微米之間，由內(nèi)芯和外套組成。如圖所示，內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射，使反射光的能量最強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳送。
(3)光纖的應(yīng)用：攜帶著數(shù)碼信息、電視圖像、聲音等的光信號沿著光纖傳輸?shù)胶苓h(yuǎn)的地方，實(shí)現(xiàn)光纖通信。
由于激光是亮度高、平行度好、單色性好的相干光，所以光導(dǎo)纖維中用激光作為高速傳輸信息的載體。要使射到粗細(xì)均勻的圓形光導(dǎo)纖維一個(gè)端面上的激光束都能從另一個(gè)端面射出，而不會(huì)從側(cè)壁“泄漏”出來，光導(dǎo)纖維所用材料的折射率至少應(yīng)為多少？
思路引導(dǎo)：準(zhǔn)確理解光纖傳導(dǎo)的原理，利用全反射臨界角計(jì)算。
2．空氣中兩條光線a和b從虛框左側(cè)入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖1所示。虛框內(nèi)有兩個(gè)折射率n＝1.5的玻璃全反射棱鏡。圖2給出了兩棱鏡四種放置方式的示意圖，其中能產(chǎn)生圖1效果的是 (　　)
1．(2020·河北省衡水中學(xué)高二下學(xué)期期中)夏天，海面上下層空氣的溫度比上層空氣的溫度低?？梢栽O(shè)想海面上的空氣是由折射率不同的許多水平氣層組成的。景物發(fā)出的光線由于不斷被折射，越來越偏離原來的方向、人們逆著光線看去就出現(xiàn)了蜃景。如圖所示，則下列說法正確的是(　　)A．蜃景是景物由于海平面對光的反射所成的像B．海面上上層空氣的折射率比下層空氣的折射率大C．A是蜃景，B是景物D．B是蜃景，A是景物
解析：當(dāng)大氣層比較平靜時(shí)，空氣的密度隨溫度的升高而減小，對光的折射率也隨之減小，海面上空氣的溫度比空中低，空氣的折射率下層比上層大。遠(yuǎn)處的景物發(fā)出的光線射向空中時(shí)，不斷被折射，射向折射率較低的上一層的入射角越來越大，當(dāng)光線的入射角大到臨界角時(shí)，就會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。在地面附近的觀察者就可以觀察到由空中射來的光線形成的虛像。這就是海市蜃樓的景象。故選C。
2．(2020·新疆昌吉回族自治州二中高二下學(xué)期期中)如圖，一束光由空氣射向半圓柱體玻璃磚，O點(diǎn)為該玻璃磚截面的圓心，下圖能正確描述其光路圖的是(　　)
解析：光從空氣進(jìn)入玻璃在分界面上會(huì)發(fā)生折射，且折射角小于入射角，故B、D錯(cuò)誤；光從玻璃進(jìn)入空氣折射角應(yīng)大于入射角，所以C錯(cuò)誤；從光密進(jìn)入光疏，若滿足入射角大于臨界角的情況，則會(huì)發(fā)生全反射，故A正確。

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