46全反射与光导纤维课件.ppt

1、4.6 全反射4.6 全反射1、光疏介质和光密介质：同介质的折射率不同，我们把折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质光疏介质和光密介质是相对的13NNAOB12空气NNAOB一、全反射介质 1空气介质2介质1相对介质2是光疏介质介质1与介质2相对空气都是光密介质23nn21、光疏介质和光密介质：13NNAOB12空气NN 既然光由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角，由此可以预料，当入射角增大到一定程度时，折射角就会增大到9012介质NNAOB空气12介质NNAOB空气折射角2 为90时，会发生什么情况？2、光由光密介质射入光疏介质折射角的变化 既然光由光密介质射入光疏

2、介质时，折射角大于入射角，由光由光密介质射入光疏介质时，同时发生反射和折射，折射角大于入射角，随着入射角的增大，反射光线越来越强，折射光线越来越弱，当折射角增大到90时，折射光线完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫做全反射折射角2 为90时，发生全反射现象13介质NNAOC空气12介质NNAOB空气3C3、全反射光由光密介质射入光疏介质时，同时发生反射和折射，折射角大13光密介质NNAOC光疏介质1、概念：在研究全反射现象中，刚好发生全反射的，即折射角等于90时的入射角是一个很重要的物理量，叫做临界角临界角用C 表示当光线从光密介质射入光疏介质时，如果入射角等于或大于临界角，就发生全反射现象1

3、 临界角发生全反射现象二、临界角13光密介质NNAOC光疏介质1、概念：在研究全反射现2、临界角的计算：光从折射率为n的某种介质射到空气(或真空)时的临界角C 就是折射角等于90时的入射角，根据折射定律可得：因而 ：3、发生全反射的条件 光从光密介质进入光疏介质； 入射角等于或大于临界角 2、临界角的计算：光从折射率为n的某种介质射到空气(或真空)弯曲的玻璃棒能传光三、全反射现象的应用1、光导纤维 全反射现象是自然界里常见的现象，我们常听到的“光纤通信”就是利用了全反射的原理，为了说明光导纤维对光的传导作用，我们做下面的实验弯曲的玻璃棒能传光三、全反射现象的应用1、光导纤维全反射现光导纤维光导

4、纤维光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到几百微米之间，由内芯与外套两层组成内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 把光导纤维聚集成束，使其两端纤维排列的相对位置相同，图像就可以从一段传到另一端了光导纤维光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到几百微米之 光导纤维的用途很大，医学上将其制成内窥镜，用来检查人体内脏的内部内窥镜的结构 光导纤维在医学上的应用 光导纤维的用途很大，医学上将其制成内窥镜，用来光导纤维的用途很大，通过它可以实现光纤通信光纤光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强虽然光纤通信的发展历史只有20多年的，但是发展的速度是惊人的光导纤

5、维的用途很大，通过它可以实现光纤通信光纤光纤通信2、全反射棱镜1）光线由AB面垂直入射，在AC面发生全反射，垂直由BC面出射横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜2）光线由AC面垂直入射，在AB、 BC面发生两次全反射，垂直由AC面出射变化90 变化180 2、全反射棱镜1）光线由AB面垂直入射，在AC面发生全反射，全反射棱镜 在光学仪器里，常用全反射棱镜来代替平面镜，改变光的传播方向望远镜为了提高倍数，镜筒要很长，通过使用全反射棱镜能够缩短镜筒的长度全反射棱镜 在光学仪器里，常用全反射棱镜来代替平面镜全反射棱镜 一般的平面镜都是在玻璃的后面镀银，我们在以前讨论平面镜成像都只考虑这个银面的反

6、射，实际上由于平面镜玻璃的前表面对光线的反射，形成多个虚像，其中第一次被玻璃前表面反射而形成的虚像S是最明亮的平面镜玻璃的前表面平面镜玻璃的后表面全反射棱镜一般的平面镜都是在玻璃的后面镀银，我们在以前讨论全反射棱镜 对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜等，就需要用全反射棱镜代替平面镜，以消除多余的像 当然，如果在玻璃的前表面镀银，就不会产生多个像，但是前表面镀银，银面容易脱落全反射棱镜 对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜46全反射与光导纤维课件3、海市蜃楼3、海市蜃楼46全反射与光导纤维课件46全反射与光导纤维课件46全反射与光导纤维课件46全反射与光导纤维课件46全反射与光

7、导纤维课件46全反射与光导纤维课件46全反射与光导纤维课件46全反射与光导纤维课件例1、如图所示，ABCD是透明玻璃砖，AB面和CD面平行，它们分别是玻璃和空气的界面，设为界面和界面，光线从界面射入玻璃砖，再从界面射出，回到空气中，如果改变光到达界面的入射角，则 ( ) A、只要入射角足够大，光线在界面上可能发生全反射现象。 B、只要入射角足够大，光线在界面上可能发生全反射现象。 C、不管入射角多大，光线在界面上都不可能发生全反射现象。 D、不管入射角多大，光线在界面上都不可能发生全反射现象。CD例1、如图所示，ABCD是透明玻璃砖，AB面和CD面平行，它例2、如图所示是半圆柱（透光）的主截面

8、，其折射率为 平行光束与半圆柱平面成45入射，试作出光线从半圆面射出的范围 例2、如图所示是半圆柱（透光）的主截面，其折射率为 5.空气中有一折射率为 的玻璃柱体，其横截面是圆心角为90，半径为R的扇形OAB，一束平行光平行于横截面，以45入射角照射到OA上，OB不透光，若只考虑首次入射到圆弧AB上的光，则弧AB上有光透出部分的弧长为 ( ) 【解析】光路图如图所示，设在E点恰好发生全反射，由sinC=1/n 可求得C=45，由 n=sin1/sin2，得2=30， 故AOE=15.弧AB上有光透出的部分弧长ED为： B5.空气中有一折射率为 的玻璃柱体，其横截面是圆心角为92.如图所示是一透

9、明的圆柱体的横截面，其半径R=20 cm折射率为 ，AB是一条直径，今有一束平行光沿AB方向射向圆柱体，试求：（1）光在圆柱体中的传播速度；（2）距离直线AB多远的入射光线，折射后经过B点. 解析 ：（1）光在圆柱体的传播速度（2）设光线PC经折射后经过B点， 由折射定律有：又由几何关系有：=2 由以上两式解得=60光线PC离直线AB的距离2.如图所示是一透明的圆柱体的横截面，其半径R=20 cm 圆形界面的法线一定通过圆心，当光线沿着半径方向入射或出射时，传播方向不变，传播速度发生变化。题后反思：思考：经过B点的光线能否发生折射？经过B点的光线能发生折射 圆形界面的法线一定通过圆心，当光线沿

10、着半径方向入射或出例3、如图一透明圆柱体的横截面,半径为R=20cm，折射率为1.732，AB是一条直径，有一平行光束沿AB方向射向圆柱体，试求:(1)光在圆柱体中的传播速度。 2)距离直线AB多远的入射光线，折射后恰经过B点。例3、如图一透明圆柱体的横截面,半径为R=20cm，折射率为例1、如所示，空气中有一横截面呈扇形的玻璃，折射率 .有一光束，垂直射到AO面上，玻璃反射、折射后，OB面平行返回，AOB135，的半径r，入射点P点距心O的距离 ()A.r B.r Crsin7.5 Drsin15如 D点作法，光在D点折射，解析：由于AOB135，可知折射角45，接OC，由光的反射定律知PC

11、O7.5，POrsin7.5.又由几何关系知PCD15，C.由光的折射定律 ，i30.例1、如图所示，空气中有一块横截面呈扇形的玻璃砖，折射率为 例2、光以60的入射角从空气射入玻璃中，折射光与反射光恰好垂直(真空中光速c3.0108 m/s)(1)画出折射光路(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的播速度(3)当入射角 45，折射角多大？(4)当入射角增大或减小，玻璃的折射率是否化？明理由(1)由意知入射角160，反射角360折射角2906030，折射光路如所示(4)折射率不会化，折射率由介和入射光的率决定，而跟入射角的大小无关例2、光线以60的入射角从空气射入玻璃中，折射光线与反射光例3.如图，直角玻璃三棱镜置于空气中，已知A60，C90，一束极细的光于AC的中点D垂直AC面入射，ADa，棱镜的折射率n ，求：(1)光从棱镜第一次射入空气时的折射角(2)光从进入棱镜到它第一次射入空气所经历的时间(设光在真空中传播速度为c)C45，i145，生全反射解析：(1)如所示，i160，全反射界角C，i2i13030C，存在折射象例3.如图，直角玻璃三棱镜置于空气中，已知A60，C