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(共39張PPT)
光的折射、全反射
第四章
1. 通過實驗，理解光的折射定律。會測量材料的折射率。
2. 知道光的全反射現象及其產生的條件。初步了解光纖的工作原理、
光纖技術在生產生活中的應用。
新課標要求
射水魚在水中能準確射中水面上不遠處的小昆蟲。水中的魚看到小昆蟲在什么位置？是在昆蟲的上方還是下方？
課堂引入
預習課本P80-82，回答問題：
什么光的折射？
預習課本P80-82，回答問題：
什么光的折射？
光從第1 種介質射到與第 2 種介質的 時，一部分光會進入 這個現象叫作光的折射。
介質1
介質2
入射光線
折射光線
N
O
N'
法線
第2種介質
分界面
預習課本P80-82，回答問題：
光在折射時遵從什么規律呢？
預習課本P80-82，回答問題：
光在折射時遵從什么規律呢？
1、折射光線、入射光線、法線在 平面內
2、折射光線和入射光線分居 兩側
水
3、當入射角增大時，折射角也隨著
4、在光的折射現象中，光路也是 的
同一
法線
增大
可逆
入射角與折射角有什么定量關系呢？
1621 年，荷蘭數學家斯涅耳在分析了大量實驗數據后，找到了兩者之間的關系，并把它總結為光的折射定律（refraction law）：
斯涅耳
入射角的正弦和折射角的正弦成正比
=
n12
比例常數
斯涅耳定律
入射角與折射角有什么定量關系呢？
折射率
光從真空射入某種介質發生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種介質的絕對折射率，簡稱折射率。用符號 n 表示。真空中折射率為1。
注意：（1）n的大小與θ1和θ2無關，與介質和入射光的頻率有關，對于確定的介質，n是定值，不能說n∝sinθ1或n∝1/sinθ2，
（2）折射率無單位，任何介質的折射率皆大于1。
2.定義式:
（3）折射率反映介質對光的偏折作用，n越大光線偏折越厲害。
1.定義：
某介質的折射率，等于光在真空中的速度c與光在介質中的速度v之比：
c
v
n=
（n＞1）
光在不同介質中的速度不同，這正是發生折射的原因。
3.研究表明：
4.下表列出了幾種介質的折射率。
空氣對光的傳播影響很小，可作為真空處理！
比實際物體位置偏上，看起來比實際深度淺。
想一想：水下的魚看起來比實際的深度深還是淺？
學以致用
學以致用
河中有條小魚，某時刻小魚的實際深度為H，一人從水面正上方往水中看，他感覺到的小魚的深度為多大？（設水的折射率為n）
學以致用
解：如圖所示，設小魚在S處，從魚反射出的光線SO垂直水面射出，光線SO1與SO間的夾角很小。因一般人的瞳孔的線度為2～3 mm，θ1、θ2為一組對應的折射角和入射角，可知θ1、θ2均很小。由數學知識知：
sin θ1≈tan θ1= ，sin θ2≈tan θ2=
由折射定律得：n= = =
得h= 即小魚的視深為
學以致用
思考：水中有兩同深度燈，一燈發射紅光、一燈發射藍光，從水面正上方往水中看，哪個顏色的燈感覺到的深度大？
燈的視深為
紅光 紫光
折射率在增大
紅色燈看上去更深
水中的氣泡和葉子上的露珠看起來特別明亮；炎熱夏天，柏油路面有時看起來特別明亮,像水洗過的一樣。這又是為什么呢？
光疏介質和光密介質
定義：對于折射率不同的兩種介質來說，我們把折射率較小的介質稱為光疏介質，折射率較大的介質稱為光密介質。
入射角
反射角
折射角
θ1
θ2
θ3
空氣
玻璃
介質1
介質2
θ1 = θ2
θ1 >θ3
n1介質1相對于介質2
介質1為光疏介質
介質2為光密介質
光疏介質和光密介質是相對的。
光疏介質和光密介質
【注意】
相對大小：
如水和空氣；
水和金剛石比較
折射角與入射角：光由光疏介質射入光密介質，折射角小于入射角。光由光密介質射入光疏介質，折射角大于入射角。


O
空氣
水
光疏
介質
光密
介質


O
光疏
介質
光密
介質
空氣
水
光疏介質中的角度大于光密介質角度！
思考：光由光密介質進入光疏介質時，如果入射角不斷增大，使折射角增大到90 時，會出現什么現象？
觀察實驗現象后回答，光由水射向空氣隨著入射角的逐漸增大的過程中：
（1）折射角逐漸 ；
（2）折射光線亮度逐漸 ；
（3）反射角逐漸 ；
（4）反射光線亮度逐漸 ；
（5）當入射角增大到某一角度時，折射光線 ，
所有光線全部反射。
觀察實驗現象后回答，光由水射向空氣隨著入射角的逐漸增大的過程中：
（1）折射角逐漸 ；
（2）折射光線亮度逐漸 ；
（3）反射角逐漸 ；
（4）反射光線亮度逐漸 ；
（5）當入射角增大到某一角度時，折射光線 ，
所有光線全部反射。
增大
減弱
增大
增強
消失
觀察實驗現象后回答，光由空氣射向水隨著入射角的變化的過程中：
全反射
全反射：當光從光密介質射入光疏介質時，入射角逐漸增大到某一角度，光線全部被反射回原光密介質的現象。
臨界角：當光從光密介質射入光疏介質時，折射角等于900角時的入射角叫做臨界角。用C表示。
玻璃
空氣
發生全反射的條件
（1）光從光密介質射入光疏介質；
（2）入射角等于或大于臨界角；
臨界角C的大小由折射率可得：
臨界角的正弦值：
玻璃
空氣
臨界角的計算
思考1：在水中的魚看來，水面上和岸上的所有景物，都出現在頂角約為97.6°的倒立圓錐里，為什么？
水的折射率為1.33 所以C=48.80
則有圓錐頂角θ=2C=97.60
學以致用(課本習題)
學以致用(課本習題)
思考1：在水中的魚看來，水面上和岸上的所有景物，都出現在頂角約為97.6°的倒立圓錐里，為什么？
水的折射率為1.33 所以C=48.80
則有圓錐頂角θ=2C=97.60
幾乎貼著水面射入水里的光線，在魚看來都是從折射角為C的方向射來的，水面上其他方向射來的光線，折射角都小于C。因此水面以上所有的景物都出現在頂角為2C的圓錐里。
結論：光從水中射向空氣時，一部分光在分界面上發生了全反射。
思考2：草葉上露珠特別明亮，為什么？
學以致用
海面上下層空氣溫度低，密度大，折射率大，上層空氣溫度高，密度小，折射率小，遠方物體發出的光線向空中入射時不斷折射彎曲，到某高度時發生全反射，再射會地面，觀察者感覺這光線來自空中
思考3：上現蜃景——海市蜃樓
學以致用
2.下現蜃景——沙漠蜃景
貼近地面空氣溫度高，密度小，折射率小，上層空氣溫度低，密度大 ，折射率大 。遠方物體發出的有些光線向地面入射時不斷折射彎曲，到地面附近時發生全反射，再折向上射向遠處空中，觀察者感覺這光線來自地下。
學以致用
全反射現象應用
全反射棱鏡：截面為等腰直角三角形的棱鏡
45
45
45
45
45
45
變化90 °
變化180 °
原理：利用全反射原理
特點：(玻璃的臨界角為32°-42°)
全反射棱鏡：截面為等腰直角三角形的棱鏡
全反射現象應用
光導纖維：
全反射現象應用
(1)原理：利用全反射原理
(2)構造：由折射率較高的玻璃內芯和折射率較低的外層透明介質組成，因為內芯的折射率比外套的大，所以，光傳播時在內芯與外套的界面上發生全反射
光纖通信的主要優點是容量大、衰減小、抗干擾性強。
光纖通信
光纖
一路光纖的傳輸能力理論值為二十億路電話，一千萬路電視。雖然光纖通信的發展歷史只有20多年的，但是發展的速度是驚人的。
全反射現象應用
醫學應用：光導纖維的用途很大，醫學上將其制成內窺鏡，用來檢查人體內臟的內部實際的內窺鏡裝有兩組光纖，一組把光傳送到人體內部進行照明，另一組把體內的圖像傳出供醫生觀察。
全反射現象應用
內窺鏡的結構
光導纖維在醫學上的應用
如圖所示，陰影部分ABC為一由均勻透明材料做成的柱形光學元件的橫截面，弧AC是一半徑為R的圓弧，D為圓心，ABCD構成正方形，在D處有一點光源，當光從AB中點E射出時，折射光的反向延長線交AD于F點，AF的長度為 ，不考慮二次折射。求：
（1）此材料對該光的折射率n；
（2）AB邊有光射出的區域的長度。
牛刀小試（課后改編題）
解：（1）設光線在E點的入射角為，折射角為，如圖
由幾何關系可得
此材料對該光的折射率為
牛刀小試（課后改編題）
解：（2）設光線在AB邊上恰好發生全反射的臨界角為，則
因此
則
所以AB邊有光射出的區域長度為
牛刀小試（課后改編題）
課堂小結
一、光的折射
折射定律：三線共面、分居法線兩側
折射率：
n的大小與θ1和θ2無關，與介質和入射光的頻率有關
二、光的全反射
發生全反射條件（1）光從光密介質射入光疏介質；
（2）入射角等于或大于臨界角；
全反射現象：海市蜃樓、沙漠蜃景
全反射應用：潛望鏡、全反射棱鏡、光導纖維
=
n12
n
c
v
=

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