全反射
。2)臨界角c.折射角等于90°時的入射角叫做臨界角,用符號c表示.光從折射率為n的某種介質射到空氣(或真空)時的臨界角c就是折射角等于90°時的入射角,根據折射定律可得:
因而:
。3)發生全反射的條件.
①光從光密介質進入光疏介質;
、谌肷浣堑扔诨虼笥谂R界角.
3.對全反射現象的解釋.
(1)引入新課的演示實驗ⅰ.被蠟燭熏黑的光亮鐵球外表面附著一層未燃燒完全的碳蠟混和物,對水來說是不浸潤的,當該球從空氣進入水中時,在其外表面上會形成一層很薄的空氣膜,當有光線透過水照射到水和空氣界面上時,會發生全反射現象,而正對小球看過去會出現一些較暗的區域,這是入射角小于臨界角的區域,明白了這個道理再來看這個實驗,學生會有另一番感受.
(2)讓學生觀察自行車尾燈.用燈光來照射尾燈時,尾燈很亮,也是利用全反射現象制成的儀器.在講完全反射棱鏡再來體會它的原理就更清楚了.可先讓學生觀察自行車尾燈內部的結構,回想在夜間看到的現象.引導學生注意生活中的物理現象,用科學知識來解釋它,從而更好的利用它們為人類服務.
(3)用激光演示儀的激光光源演示光導纖維傳播光的現象,或用彎曲的細玻璃棒進行演示,配合作圖來解釋現象:
從細玻璃棒一端射進棒內的光線,在棒的內壁多次發生全反射,沿著鋸齒形路線由棒的另一端傳了出來,玻璃棒就像一個能傳光的管子一樣.
實際用的光導纖維是非常細的特制玻璃絲,直徑只有幾μm到100μm左右,而且是由內心和外套兩層組成的,光線在內心外套的界面上發生全反射,如果把光導纖維聚集成束,使其兩端纖維排列的相對位置相同,這樣的纖維就可以傳遞圖像.
。4)讓學生閱讀大氣中的光現象——蒙氣差,海市蜃樓,沙漠里的蜃景.
例題1:已知如圖1所示,介質ⅱ為空氣,介質ⅰ的折射率為
a.光線a、b都不能發生全反射
b.光線a、b都能發生全反射
c.光線a發生全反射,光線b不發生全反射
d.光線a不發生全反射,光線b發生全反射
解析:根據發生全反射的條件,光從光密介質射到光疏介質中時,介質ⅰ對空氣ⅱ來說是光密介質,所以光線a可能發生全反射,介質ⅰ的臨界角為:
, .
注意圖中光線a給的是與界面的夾角30°,而此時的入射角為60°>45°,故光線a能發生全反射,故正確選擇答案為(c).
例2:如圖2所示,一束光線從空氣射入某介質,入射光線與反射光線夾角為90°,折射光線與入射光線延長線間夾角為15°,求:(1)該介質的折射率;(2)光在該介質中傳播的速度;(3)當光從介質射入空氣時的臨界角.
解:根據題意入射光線與反射光線的夾角為90°,又根據光的反射定律,反射角等于入射角,即: .
.
所以(1)
。2)
。3)
(三)課堂小結
1.全反射現象是非常重要的光學現象之一,產生全反射現象的條件是:
①光從光密介質射到它與光疏介質的界面上.
、谌肷浣堑扔诨虼笥谂R界角.這兩個條件都是必要條件,兩個條件都滿足就組成了發生全反射的充要條件.
2.全反射的應用在實際生活中是非常多的.在用全反射的知識解釋時,特別要注意是否滿足兩個條件.回答這類問題要注意邏輯推理,一般是依據條件要敘述清楚,根據要給充分,結論要簡明.
3.為了給后面全反射棱鏡的學習打基礎.臨界角是幾何光學中一個非常重要的概念,但在高中階段不深入討論臨界的情況.