第十七章　光的傳播（三、全反射）

【教學目的】

1.全反射現(xiàn)象及其發(fā)生條件

2.臨界角的計算

3.全反射的應(yīng)用

【教學重點】

全反射現(xiàn)象及其發(fā)生條件

【教學難點】

綜合光路可逆知識和三角函數(shù)常識求解臨界角、理解發(fā)生全反射的條件

【教學難點】

激光器、半圓形玻璃磚、模擬光導纖維

【教學過程】

復習引入

復習啟發(fā)：我們才作過“測定玻璃折射率”的實驗，請同學們回憶一下，當入射角非常接近90°時，我們做實驗觀察時有什么感覺？

學生：比較難以看清p1和p2兩顆針。

為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？還是讓我們回到相關(guān)的物理學史。原來，物理學家們在探討光的折射的方向規(guī)律時，也探討過能量分配的規(guī)律。下表是斯涅爾測量的、光線從空氣射入玻璃界面時，反射光和折射光的能量分配情況──

入射角

入射光線能量為(100％)

反射光線能量

折射光線能量

0°

100％

4.7％

95.3％

30°

100％

4.9％

95.1％

60°

100％

9.8％

90.2％

80°

100％

39％

61％

90°

100％

100％

0％

從這個表格的數(shù)據(jù)，同學們可以發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？

學生：隨著入射角的增大，反射光的能量分配加大，而折射光的能量分配減小。

事實上，這種能量的分配情況在交換介質(zhì)之后，還會出現(xiàn)更加有趣的情形──

一　全反射

為了方便表達全反射的規(guī)律，這里先介紹兩個新的名詞──

1.光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)

光疏介質(zhì)：兩種介質(zhì)中折射率較小的介質(zhì)叫做光疏介質(zhì)。

光密介質(zhì)：兩種介質(zhì)中折射率較大的介質(zhì)叫做光密介質(zhì)。

很顯然，這是一個通過相互比較得出的概念，所以沒有絕對的光疏介質(zhì)和絕對的光密介質(zhì)。

示例：水和空氣比較；水和金剛石比較…

提問1：光線從光疏介質(zhì)傳播到光密介質(zhì)比較，傳播速度會怎樣變化？

學生： v疏＞v密

提問2：光線從光疏介質(zhì)傳播到光密介質(zhì)比較，傳播方向有什么規(guī)律？

學生： 折射角小于入射角。（反之，折射角大于入射角。）

提問3：光密介質(zhì)的密度是不是一定比光疏介質(zhì)大？

學生：查“幾種介質(zhì)的折射率”表格，再做結(jié)論。

很顯然，光疏和光密是相對光的傳播而言，而與物質(zhì)的密度沒有必然聯(lián)系。

過渡：剛才我們已經(jīng)總結(jié)過了，光線從光密介質(zhì)傳播到光疏介質(zhì)時，折射角總是大于入射角的，而當入射角增大時，反射角也會同時增大，這時，哪一個角先趨近90°呢？

學生：折射角。

趨近90°后，折射光線又怎樣傳播呢？

下面看實驗演示──

演示：光的全反射實驗

提請學生觀察：a.反射光和折射光的強度變化；b.折射光的方向變化

提問：在強度方面，斯涅爾的研究是不是得到重現(xiàn)？

學生：是的。

啟發(fā)：入射角增大到一定的角度后，折射光還存不存在？

2.全反射：：當光從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)時，折射角大于入射角。當入射角增大到某一角度時，折射角等于900，此時，折射光完全消失，入射光全部反回原來的介質(zhì)中，這種現(xiàn)象叫做全反射。

全反射的物理意義：折射光的能量為零，入射光的能量全部等于反射光。