人教版高中物理选修3-4 全反射教案
教学要求:1、全反射现象及其发生条件;
2、＊临界角的计算；
3、全反射的应用。
重点和难点:全反射现象及其发生条件。
理科综合可考虑全反射的应用。
教学用具:水槽、光源等。
教学过程:
一、光疏媒质与光密媒质
1、定义:
1)、光疏媒质:两种媒质中折射率较小的媒质叫做光疏媒质.
2)、光密媒质:两种媒质中折射率较大的媒质叫做光密媒质.
因V C n =,对光疏媒质,n 较小,V 较大. 对光密媒质,n 较大,V 较小.故也可以说,对于两种媒质,光在其中传播速度较大的是光疏媒质,光在其中传播速度较小的是光密媒质.反过来说,同一种光在光疏媒质中传播速度较大,在光密媒质中传播速度较小. 即： C n = 对光疏介质 n 较小 同一频率的光在其中传播的V 较大；
对光密介质 n 较大 同一频率的光在其中传播的V 较小。
2、理解:
1)、光疏媒质光密媒质是相对而言的.只有对给定的两种媒质才能谈光疏媒质与光密媒质.没有绝对的光密媒质.
如：水、玻璃和金刚石三种介质比较，n 水＝1.33 n 玻璃＝1.5~1.9 n 金刚石＝2.42。
对水而言，玻璃是光密介质；但对金刚石而言，玻璃则是光疏介质。
2)、光疏媒质与光密媒质的界定是以折射率为依据的,与媒质的其它属性(如密度等)无关.例如：水和酒精，n 水＝1.33＜n 酒精＝1.36，酒精相对于水而言是光密介质，但ρ水＞ρ酒。
二、全反射:
1、全反射：当光从光密媒质进入光疏媒质时,折射角大于入射角.当入射角增大到某一
角度时,折射角等于900,此时,折射光完全消失入射光全部反回原来的媒质中,这种现象叫做
全反射.
2、临界角:
1)、定义:光从光密媒质射向光疏媒质时,折射角等于900时的入射角,叫做临界角.用字
母C 表示.临界角是指光由光密媒质射向光疏媒质时,发生全反射形象时的最小入射角,是发生全反射的临界状态.当光由光密媒质射入光疏媒质时:
若入射角i<C,则不发生全反射,既有反射又有折射形象.
若入射角i ≥C,则发生全反射形象.
2)、临界角的计算:
A 、任意两种媒质:n 密、n 疏: :n 密对疏=疏密
n n C o =sin 90sin
,故临界角C=)(sin 1密疏n n -=arcsin(密疏n n
). 其中, :n 密、n 疏分别为光密媒质和光疏媒质的绝对折射率.
B 、当光由某种媒质射入真空或空气时:n
C C n 1
sin 90sin arcsin 0
=⇒= . 3、发生全反射的条件:
1)、光从光密媒质射向光疏媒质;
2)、入射角大于或等于临界角,即i ≥C.以上两个条件必须同时满足,缺一不可.
三、全反射的应用:
1、光导纤维—光纤通讯：
一种利用光的全反射原理制成的能传导光的玻璃丝,由
内芯和外套组成,直径只有几微米到100微米左右,内芯的折射
率大于外套的折射率.当光线射到光导纤维的端面上时,光线就
折射进入光导纤维内,经内芯与外套的界面发生多次全反射后
从光导纤维的另一端面射出,而不从外套散逸,故光能损耗极小. 图 1
如果把光导纤维聚集成束使其两端纤维排列的相对位置相同,这样的纤维束就可以传
送图像,如图1所示.
利用光导纤维可以弯曲传光,传像,可制作各种潜望镜,医用内窥镜等.
如图2所示，一透明塑料棒的折射率为n,光线由棒的
一端面射入，当入射角i 在一定范围内变化时，光将全部从另一端面射出。
当入射角为i 时，光在棒的内侧面恰好发生全反射。
由图可知，光在左端面折射时的折射角r=C －2π
. 由折射定律得：C i r i n cos sin sin sin ==。
故有： C n C n i 2sin 1cos sin -==， 图 2
11sin 212-=-=n n i n 。
所以只要1arcsin 2-≤n i ，光将全部从右端面射出。
再如图3所示，一个横截面为矩形、折射率为n=1.5的
玻璃条被弯成900，一束平行光由A 端面射入。
若矩形边长
为d ，则只要曲率半径R ≥2d ，光均能从B 端射出。
由图可知，只要a 光线能发生全反射，则所有从A 端
入射的光均能发生全反射：sini=d R R +≥sinc=n 1=5
.11. 图 3 解得：R ≥2d.可见，光纤通迅中，只要光导纤维弯曲满足R ≥1-n d
，则光导纤维可以足
够细，楞弯成半圆及圆。
1、 蜃景的成因和规律：
夏天，在气压恒定的海面上，空气密度随高度增加而减小，对光的折射率也随之减小 从而形成一具有折射率梯度的空气层。
当光线通过此空气层时，将发生偏转。
如图4所示，设一束从远处景物A 发出的光线a 以入射角I 由折射率为n 处射入空气层。
由折射定律有：nsini=n 1sinr 1......(1) n 1sinr 1=n 2sinr 2. (2)
联立（1）、（2）式可得： nsini=n 2sinr 2 依此类推：nsini=n c sinc, sinc=c
n n sini. 可见，当n i 一定时，从下层空气进入上层
空气的入射角不断增大，当增大到由某两层空气
的折射率决定的临界角时，就会全反射。
人在C 处逆着C 光线看，可看到经全反射
形成的倒立虚像；在B 处逆着b 光线看，也可
看到经折射形成的正立虚像。
总之。
若人在较高处，看到的蜃景是由折射
形成的正立虚像；若人在较低处，看到的蜃景是
由折射和全反射形成的倒立虚像。
作业：P195(1)~(5)
《基础训练》第六节。