光的全反射 高中物理共33页

全反射的条件
当光线从光密介质射入光疏介质时，且入射角大于临界角， 就会发生全反射现象。此时，光线全部被反射回原介质，没 有折射光线透过。
全反射的条件是：入射角大于临界角，且两种介质的折射率 之比满足一定关系。
全反射的物理意义
全反射现象在光学、通信、能源等领域有广泛应用。例如 ，光纤通信利用全反射原理传递信息；太阳能电池利用全 反射原理提高光能利用率；全反射镜面可以制作高清晰度 光学仪器等。
4. 当反射光线突然消失时，记录 此时的入射 上，确保其稳定。
5. 在白色屏幕上画出光线轨迹， 标注入射角和临界角。
实验结果分析
01
02
03
04
当光从光密介质射入光疏介 质时，随着入射角的增大， 反射光线的强度逐渐增强，
折射光线逐渐减弱。
当入射角等于临界角时，折 射光线消失，全部光线被反 射回原介质，形成全反射现
全反射的应用实例还包括水下摄影、激光内雕、全息成像 等。这些应用都基于全反射原理，通过控制光线的传播路 径和角度，实现特定的光学效果或信息传递。
03
全反射的应用
光导纤维
光纤通信
光导纤维作为传输媒介，可以将 光信号从一个地方传送到另一个 地方，实现高速、大容量的信息
传输。
光纤传感器
利用光纤的敏感特性，可以制成各 种传感器，用于测量温度、压力、 位移等物理量。
高三物理全反射
目 录
• 全反射现象的介绍 • 全反射的原理 • 全反射的应用 • 全反射实验 • 习题与解答
01
全反射现象的介绍
全反射现象的定义
01
光线在两种不同介质的界面上发 生完全反射，没有折射光线透过 ，这种现象称为全反射。
02

02
临界角与折射率关系
Chapter
临界角定义及计算公式
临界角定义
当光线从光密介质射向光疏介质时，折射角将大于入射角。当入射角增大到某 一角度时，折射光线完全消失，只剩下反射光，这个现象叫做全反射，此时的 入射角叫做临界角。
计算公式
临界角C满足公式sinC = 1/n，其中n是光密介质相对于光疏介质的折射率。
随着入射角的增大，折射角也增大，但折射光线越来越 弱。
入射角增大到临界角发生全反射
01
02
03
临界角的定义
当入射角增大到某一特定 角度时，折射光线完全消 失，只剩下反射光线，这 个特定角度称为临界角。
全反射的发生条件
光从光密介质进入光疏介 质，且入射角大于或等于 临界角。
全反射现象的特点
全反射发生时，全部光线 都被反射回原介质中，没 有折射光线。
光子晶体中的全反射
光子晶体是一种具有周期性折射率变化的人工材料。通过设计光子晶体的结构和折射率分 布，可以实现特定波长和入射角度下的全反射现象。这种全反射现象在光子晶体器件的设 计和制造中具有重要应用。
THANKS
感谢观看
优势
光纤具有传输容量大、传输距离远、抗干扰能力强 、保密性好等优点，因此在通信领域得到广泛应用 。
光纤通信原理简介
光的全反射原理
当光线从光密介质射入光疏介质时，如果入射角大于或等于 临界角，就会发生全反射现象，即光线全部反射回光密介质 中。
光纤通信原理
在光纤通信中，发送端将电信号转换成光信号，通过光纤传 输到接收端，接收端再将光信号转换成电信号。由于光纤的 全反射特性，光信号能够在光纤中长距离传输而不衰减。
反射光线
反射光线遵循反射定律，即反射光线、入射光线和法线在同一平面内 ，且反射角和入射角相等。

学以致用——例题分析
例1、如图所示，介质Ⅱ为空气，介质Ⅰ的折射率
为 2 ，下列说法中正确的是 C
A．光线a、b都不能发生全反射 B．光线a、b都能发生全反射 C．光线a发生全反射，光线b不发生全反射 D．光线a不发生全反射，光线b发生全反射
一、全反射棱镜
全反射棱镜：（截面为等腰直角三角形的棱镜）
•视频二水流导光 •视频三光导纤维
•设计和应用时要满足哪些条件
•13.2 光的全反射—人教版高二物理选修3-4 第十三 章课件 （共27 张PPT）
•13.2 光的全反射—人教版高二物理选修3-4 第十三 章课件 （共27 张PPT）
A、原理：利用全反射原理
B、作用：传输光、图象或者其他 信息
C、优越性：光纤通信的主要优点 是容量大、衰减小、抗干扰性强．
D、应用：光纤通信，医学及工业内 窥镜，饰品等……
•13.2 光的全反射—人教版高二物理选修3-4 第十三 章课件 （共27 张PPT）
科学应用——光导纤维
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。
Hale Waihona Puke •13.2 光的全反射—人教版高二物理选修3-4 第十三 章课件 （共27 张PPT） •13.2 光的全反射—人教版高二物理选修3-4 第十三 章课件 （共27 张PPT）
•13.2 光的全反射—人教版高二物理选修3-4 第十三 章课件 （共27 张PPT）
3、珠宝的鉴赏（ 玻璃：320-420 金刚石：24.40）
原因是：光从水或玻璃射向气泡时，一部分光 在分界面上发生了全反射

2
课内互动探究
3
核心素养提升
4
课内课堂达标
5
课后课时作业
课前预习反馈
光疏介质和光密介质
项目
名称
光疏介质
光密介质
定义
折射率_较__小_____的介质
折射率_较__大_____的介质
传播速度 折射特点
光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度___小_____ (1)光从光疏介质射入光密介质时，折射角__小__于____入射角 (2)光从光密介质射入光疏介质时，折射角__大__于____入射角
域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，如图由全反射条件有
sinθ＝n1
①
由几何关系有 OE＝Rsinθ
②
由对称性可知，若光线都能从上表面射出，光束的宽度最大为 l＝2OE③
(3)光疏介质和光密介质的比较
光的速度 折射率
光疏介质 大
小
光密介质 小
大Leabharlann 2.全反射 (1)全反射现象 光由光密介质进入光疏介质时，当入射角增大到某一角度时，折射角达到 90°，折射光全部消失，只剩下反射光的现象。这个角度称为临界角，用 C 表示。 (2)全反射临界角 sinC＝n1 ①临界角的含义：折射角为 90°时的入射角。 ②规律：一旦发生全反射，即遵循光的反射定律。
(3)产生全反射现象的条件 ①光从光密介质射到它与光疏介质的界面上。 ②入射角等于或大于临界角。 (4)全反射现象中的能量分配关系 ①折射角随入射角的增大而增大，折射角增大的同时，折射光线的强度减 弱，即折射光线的能量减小，亮度减弱，而反射光线增强，能量增大，亮度增 加。 ②当入射角增大到某一角度时(即临界角)，折射光能量减到零，入射光的 能量全部反射回来，这就是全反射现象。

(1)确定光是从光密介质进入光疏介质. (2)应用sinC=1 确定临界角.
n
(3)根据题设条件，画出入射角等于临界角的临界光路图.
(4)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等，进行分
析、判断、运算解决问题.
二、全反射的应用
1.全反射棱镜 用玻璃制成的截面为直角三角形的棱镜，其临界角约为42°， 当光线垂直于直角边或垂直于斜边射入后，在下一个界面处 的入射角为45°，由于大于临界角，光在该处发生全反射， 若光垂直于直角边射入，在斜边处发生一次全反射后，从另 一直角边射出，光的传播方向改变90°，若光垂直于斜边射 入棱镜，在两个直角边处各发生一次全反射，光的传播方向 改变180°.
【典例1】(2011·新余高二检测)如图所示abc是一块用折射 率n=2的玻璃制成的透明体的横截面，ab是半径为R的圆弧， ac边与bc边垂直，∠aOc=60°.当一束平行黄色光垂直照到ac 上时，ab部分的外表面只有一部分是黄亮的，其余是暗的.求 黄亮部分的弧长为多少？
【解题指导】解答本题时可按以下思路分析：
2.光导纤维 (1)构造及传播原理 光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1 μm～100μm 左右，如图所示，它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率 大于外套的折射率，光由一端进入，在两层的界面上经过多次 全反射，从另一端射出，光导纤维可以远距离传播光，光信号 又可以转换成电信号，进而变为声音、图象.如果把许多(上万 根)光导纤维合成一束，并使两端的纤维按严格相同的次序排 列.就可以传播图象.
【解题指导】解答本题可按以下思路分析: (1)对波形图的认识→振幅、波长→波速； (2)作光路图→确定两角→折射定律→全反射→临界角.
【标准解答】(1)如图所示，n sin

1234
4.(全反射的理解)如图8所示，ABCD是平面 平行的透明玻璃砖，AB面和CD面平行，它
们分别是玻璃和空气的界面，设为界面Ⅰ和 界面Ⅱ，光线从界面Ⅰ射入玻璃砖，再从界 面Ⅱ射出，回到空气中，如果改变光到达界面Ⅰ时图的8入射角， 则( )
1234
A.只要入射角足够大，光线在界面 Ⅰ 上就可能发生全反射现象 B.只要入射角足够大，光线在界面 Ⅱ 上就可能发生全反射现象 C.不管入射角多大，光线在界面 Ⅰ 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 Ⅱ 上都不可能发生全反射现象 解析 在界面Ⅰ：光由空气进入玻璃砖，是由光疏介质进入光密 介质，不管入射角多大，都不会发生全反射现象，选项C正确；
由上图可知B项正确. 答案 B
课堂要点小结
返回
全反射现象
全反射
全反射条件
由光密介质射入光疏介质 入射角大于等于临界角
临界角
sin C＝1 n
应用
全反射棱镜 光导纤维
自我检测区
1234
1234
1.(对全反射的理解)光从介质a射向介质b，如果要在a、b介
质的分界面上发生全反射，那么必须满足的条件是( ) AC
C.内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面 上发生折射
D.内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起 保护作用
典例精析 二、全反射的应用
返回
解析 光导纤维很细，它的直径只有几微米到一百微米， 它由内芯和外套两层组成，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. 答案 A
sin
α＝
7 3
答案
7 3
典例精析 二、全反射的应用
返回
例3 光导纤维的结构如图6所示，其内芯和外套材料不同， 光在内芯中传播.以下关于光导纤维的说法正确的是( )

例如，水晶与水相比， 水晶为光密介质，水为光疏介质 水与空气相比， 水为光密介质，空气为光疏介质。
发生全反射的条件是: 光由光密介质射入光疏介质， 且入射角大于等于临界角。 例如，当光从水晶射入水时可能发生全反射，而光从水射入水晶 时就不会发生全反射，
典例
一束单色光从玻璃射入空气。 已知玻璃的折射率n=1.53，当入射角分别为50°、30 °时，光能 否发生折射? 若能，折射角为多大?
光由不同的介质射入真空或空气时，临界角不同根据折射定律， 光从折射率为n的某种介质进入真空或空气时的临界角C应满足
1
根据公式 sinC= 1可求出不同介质的临界角。
n
钻石的临界角约为 24.4° 水的临界角约为 48.8° 而玻璃因制造材料的不同，临界角有较大的差异，一般在 30°— 42°
介质的临界角越小，就越容易发生全反射。
科学知识
为了使钻石能发生全反射，需要将其表面打磨成特定的角 度使射到钻石背面的光的入射角大于其临界角24.4°。
科学知识
在图4-30中，图(a)是打合适的一种式样而图(b)(c)分别是 打得太深、太浅的情况，这样光会从其侧面或者底面射出， 使钻石失去光泽。
课堂练习
课堂练习
1.自行车尾灯用透明介质制成， 其外形如图所示。请说明自行 车尾灯在夜晚被灯光照射时特 别明亮的原因。

用同样的分析方法可知，当光 垂直于 AC面射入棱镜时，在两 个直角边的界面都会发生全反 射，使光的传播方向改变了 180°(图4-25)。
全反射棱镜的反射性能比镀 银的平面镜更好，精密的光 学仪器常用它代替镀银平面 镜来反射光，如全反射棱镜 应用于潜望镜等
美妙的彩虹，常引发人们产生美好的联想，被比喻为“天空的 微笑”“相会的彩桥”等。通常能看见的彩虹是红色在外、紫 色在内，这被称为“虹”。

折射率是光在真空中的速度与光在介质中的速度之比，不同的介质有不同的折射 率。
临界角的概念
当光线从光密介质射入光疏介质时， 如果入射角大于某一角度，光线将不 再折射，而是全部反射回原介质，这 个角度称为临界角。
临界角的大小与两种介质的折射率有 关，折射率越大的介质，临界角越小 。
全反射的条件
当光线从光密介质射入光疏介质时，如果入射角大于或等于 临界角，就会发生全反射现象。
THANKS
。
05
全反射现象的思考题与解答
思考题的提
01 02 03
什么是全反射现象？
全反射现象在日常生活中的应用有 哪些？
如何解释全反射现象的产生条件？
解答与解析
什么是全反射现象？
全反射现象是指光在两种不同介质间传播时，当入射角增大到某一角度，折射光线 完全消失，只剩下反射光线的现象。
全反射现象在日常生活中的应用有哪些？
04
全反射实验与观察
实验设备与材料
01
半圆形玻璃棱镜
02
平行光源
03
屏幕
04
尺子
05
笔和纸
实验步骤与操作
1. 准备实验设备
将半圆形玻璃棱镜、平行光源、屏幕、尺子、笔和纸准备好。
2. 设置平行光源
调整平行光源的角度，使其光线能够照射到半圆形玻璃棱镜的一侧。
3. 放置屏幕
将屏幕放置在半圆形玻璃棱镜的另一侧，用于接收透射和反射的光线。
全反射时，光线全部反射回原介质，没有折射光线进入另一 种介质。
光的能量分布变化
在全反射过程中，反射光的能量分布发生变化。由于没有 折射光线进入另一种介质，反射光的能量分布更加集中于 反射角附近。
全反射时，反射光的强度大于折射光的强度，因此全反射 是一种高效的能量传输方式。

色散应用
棱镜色散现象在光学仪器中有广泛应用，如光谱仪、分光计等。这些仪器利用棱镜的色散 特性将复色光分解成单色光，以便进行光谱分析和测量。
03
光纤通信原理及应用
光纤结构特点及优势
光纤结构
光纤主要由纤芯、包层和护套三部分组成，其中纤芯用于传输光信号，包层用 于反射光信号，护套则用于保护光纤。
光纤优势
光的波动性
光具有波动性，可以发生干涉、 衍射等现象。全反射是光波动性 的表现之一，当光从光密介质射 向光疏介质时，若满足一定条件 ，即可发生全反射。
思考题与练习题
思考题
为什么全反射现象只发生在光从光密介质射向光疏介质时？为什么折射率越大的介质，其临界角越小 ？
练习题
一束光线从玻璃射向空气，若玻璃的折射率为1.5，空气的折射率为1.0，求发生全反射的临界角。若 入射角为45°，则折射角为多少？
光纤传输技术可以实现高质量的音视频信 号传输，因此在广播电视领域得到了广泛 应用。
工业控制
军事应用
光纤传感器具有抗干扰能力强、测量精度 高等优点，可用于工业控制领域中的温度 、压力、位移等参数的测量。
由于光纤通信具有保密性好、抗干扰能力 强等特点，因此在军事通信、侦察等领域 也得到了广泛应用。
04
05
实验：观察和研究全反射 现象
实验目的和器材准备
实验目的
通过观察和实验，了解全反射现象的基本规律和特点，掌握全反射的条件和判断方法。
器材准备
半圆形玻璃砖、激光笔、量角器、白纸、铅笔等。
实验步骤和操作要点
步骤一
将半圆形玻璃砖平放在白纸上，用激光笔从玻璃砖的平面 一侧射入一束光线，观察并记录光线的传播路径。
光污染问题
玻璃幕墙的全反射现象可能导致光污 染，对周围环境和人造成不良影响。

光进入液体中。当入射角是450时，折射角为300，求：
（1）该液体对红光的折射率n；
（2）该液体对红光的全反射临界角C。
【答案】
（1）
2；
（2）45°
【解析】
（1）该液体对红光的折射率为 n
1
（2）由临界角公式 sin C
n
2
得 sin C 2
则 C=45°
sin i sin 45

2
C．若从上表面入射的光为红光和紫光的复合光，则在BD面上紫光比红光更靠近D端
D．要求从上表面射入的光能从右侧面射出，材料的折射率必须大于 2
【正确答案】ABC
【典例6】（2022·福建省连城县第一中学高二阶段练习）有一玻璃棱镜，
横截面为如图所示的圆心角为90°的扇形，扇形的半径为R，一束细光以
垂直于OP的方向射向OP界面，当入射点M距O点0.5R时，在圆弧PQ界面
第四章
光
2、光的全反射
理解光疏和光密介质
02
掌 握 光 的 全反射
03
了解全反射棱镜
04
了解导纤维
05
典型例题
CONTENTS
目录
01
一、光密介质和光疏介质
1.光疏介质：折射率较小的介质
2.光密介质：折射率较大的介质
注意：（1）光疏和光密是从介质的光学特性来说的,并不是它的密度大小。
(2)光疏介质与光密介质是相对的
A．发生全反射时，折射光线完全消失，只剩下反射光线
B．光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象
C．光从光疏介质射向光密介质时，也可能发生全反射现象
D．水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时

问题：光由光密介质进入光疏介质时，折射角大 于入射角，如果入射角不断增大，使折射角增大 到90º时，会出现什么现象？
现象： 1.光从光密介质射向光疏介质时，同时存在反射光线和折射光线 2.入射角增大过程中，反射角、折射角均增大，且折射光线越来 越弱，反射光线越来越强。 3.入射角增大，折射角达到90˚时，折射光线完全消失
三.全反射的应用
思考：在天气晴朗的时候，特别是在炎热的夏天 我们会看到远处柏油马路上显得特别明亮，甚至 还能看到倒影，到那儿一看地面是干的，为什么 会出现这种现象？
典型例题 例4.如图所示,一半径为R的玻璃半球，折射率为 1.5，现有一束均匀的平行光垂直入射到整个半球 的底面上，进入玻璃半球的光线中不能直接从半 球面出射的光线所占的百分比为多少
02.全反射 图片区
问题.折射率是怎样定义的？ 定义1：光从真空射入某种介质发生折射时，入射 角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的 绝对折射率，简称折射率 定义2：某种介质的折射率，等于光在真空中的传 播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比
n sin i c sin r v
问题.光从一种介质进入另一种介质，折射角总是 变小吗？
答：不一定，垂直入射不变，从介质到真空折射 角会变大。
一.光疏介质与光密介质
对于折射率不同的两种介质，我们把折射率较小 的称为光疏介质，折射率较大的称为光密介质
材料
水
水晶 金刚石
折射率 1.33
1.55
2.42
问题：水晶是光疏介质还是光密介质？ 注意：光疏介质、光密介质具有相对性。
一.光疏介质与光密介质 注意： 光由光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射 角；光由光密介质射入光疏介质时，折射角大于 入射角。 即光疏介质n小夹角大(介质中v也大) 即光密介质n大夹角小(介质中v也小)

பைடு நூலகம் 31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
光的全反射 高中物理
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯

(1)明確此現象為全反射現象，分清光疏介質和光密介 質. (2)人的視覺總認為光沿直線傳播.
【典例3】在清澈平靜的水底，抬頭向上觀察，會看到一個十 分有趣的現象： (1)水面外的景物(藍天、白雲、樹木、房屋)，都呈現在頂角 θ=97°的倒立圓錐底面的“洞”內； (2)“洞”外是水底的景象； (3)“洞”邊呈現彩色，且七色的順序為內紫外紅. 試分析上述水下觀天的奇異現象.(水的折射率為 4 )
2.光導纖維 (1)構造及傳播原理 光導纖維是一種透明的玻璃纖維絲，直徑只有1 μm～100μm 左右，如圖所示，它是由內芯和外套兩層組成，內芯的折射率 大於外套的折射率，光由一端進入，在兩層的介面上經過多次 全反射，從另一端射出，光導纖維可以遠距離傳播光，光信號 又可以轉換成電信號，進而變為聲音、圖象.如果把許多(上萬 根)光導纖維合成一束，並使兩端的纖維按嚴格相同的次序排 列.就可以傳播圖象.
(3)從能量角度來理解全反射:當光從光密介質射入光疏介質 時,隨著入射角增大,折射角也增大.同時折射光線強度減弱, 即折射光線能量減小,反射光線強度增強,能量增加,當入射角 達到臨界角時,折射光線強度減弱到零,反射光的能量等於入 射光的能量.
(4)臨界角
①定義
剛好發生全反射(即折射角為90°)時的入射角稱為全反射的
【標準解答】假定光線MN射到ab介面上時恰好發生了全反 射，則MN上方的光線一定在介面ab上發生了全反射，因此只 有射到介面Nb上的光線才能射出玻璃，介面Nb部分是亮的. 由sinC=1 ，得∠C=30°.
n
由幾何關係知θ=30°，所以弧Nb的長度：s 30 2R 1 R
答案：1πR
360
6
(2)光導纖維的折射率
設光導纖維的折射率為n,當入射角為θ1時，進入端面的折射 光線傳到側面時恰好發生全反射，如圖所示，則有：