第十七章　光的传播（三、全反射）

第十七章　光的传播（三、全反射）

【教学目的】

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

【教学重点】

全反射现象及其发生条件

【教学难点】

综合光路可逆知识和三角函数常识求解临界角、理解发生全反射的条件

【教学难点】

激光器、半圆形玻璃砖、模拟光导纤维

【教学过程】

复习引入

复习启发：我们才作过“测定玻璃折射率”的实验，请同学们回忆一下，当入射角非常接近90°时，我们做实验观察时有什么感觉？

学生：比较难以看清p1和p2两颗针。

为什么会出现这种现象呢？还是让我们回到相关的物理学史。原来，物理学家们在探讨光的折射的方向规律时，也探讨过能量分配的规律。下表是斯涅尔测量的、光线从空气射入玻璃界面时，反射光和折射光的能量分配情况──

入射角

入射光线能量为(100％)

反射光线能量

折射光线能量

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％

从这个表格的数据，同学们可以发现什么规律？

学生：随着入射角的增大，反射光的能量分配加大，而折射光的能量分配减小。

事实上，这种能量的分配情况在交换介质之后，还会出现更加有趣的情形──

一　全反射

为了方便表达全反射的规律，这里先介绍两个新的名词──

1.光疏介质和光密介质

光疏介质：两种介质中折射率较小的介质叫做光疏介质。

光密介质：两种介质中折射率较大的介质叫做光密介质。

很显然，这是一个通过相互比较得出的概念，所以没有绝对的光疏介质和绝对的光密介质。

示例：水和空气比较；水和金刚石比较…

提问1：光线从光疏介质传播到光密介质比较，传播速度会怎样变化？

学生： v疏＞v密

提问2：光线从光疏介质传播到光密介质比较，传播方向有什么规律？

学生： 折射角小于入射角。（反之，折射角大于入射角。）

提问3：光密介质的密度是不是一定比光疏介质大？

学生：查“几种介质的折射率”表格，再做结论。

很显然，光疏和光密是相对光的传播而言，而与物质的密度没有必然联系。

过渡：刚才我们已经总结过了，光线从光密介质传播到光疏介质时，折射角总是大于入射角的，而当入射角增大时，反射角也会同时增大，这时，哪一个角先趋近90°呢？

学生：折射角。

趋近90°后，折射光线又怎样传播呢？

下面看实验演示──

演示：光的全反射实验

提请学生观察：a.反射光和折射光的强度变化；b.折射光的方向变化

提问：在强度方面，斯涅尔的研究是不是得到重现？

学生：是的。

启发：入射角增大到一定的角度后，折射光还存不存在？

2.全反射：：当光从光密介质进入光疏介质时，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介质中，这种现象叫做全反射。

全反射的物理意义：折射光的能量为零，入射光的能量全部等于反射光。