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第二节全反射

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第二节全反射
【学习目标】
1、通过阅读课本P48—49“思考与讨论”上面的那一段，能够说出光疏介质与光密介质的区别，并能从定义上理解其相对性；
2、通过阅读课本P49“思考与讨论”—50“例题”上，能够说出临界角的定义及全反射发生的条件，并能根据折射率判断是否在界面上发生全反射；
3、通过例题练习，能够掌握应用全反射解决实际问题的基本方法；
4、能结合全反射发生的条件，解释自然现象，并说出人们有哪些全反射现象的应用。

【自主学习】
一、光疏介质与光密介质
阅读课本P48—49“思考与讨论”上面的那一段
问题：
1、在光疏介质与光密介质中，折射率较大的是？光速较大的是？同一束光波长较大的是？
2、水是光疏介质还是光密介质？
例1、下列说法中正确的是（）
A、因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质
B、因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质
C、同一束光，在光密介质中的传播速度较大
D、同一束光，在光密介质中的波长较大
二、全反射现象
阅读课本P49“思考与讨论”—50“例题”
1、试说出什么是全反射现象？
2、我们是如何定义临界角的？
3、全反射现象发生的条件有哪些？
例2、已知水、水晶、玻璃和二氧化碳的折射率分别为1.33、1.55、1.60和1.63，如果光按以下几种方式传播，可能发生全反射的是（）
A、从水晶射入玻璃
B、从水射入二氧化碳
C、从玻璃射入水中
D、从水射入水晶
练习1、一条光线由水中射向空气，当入射角由0°逐渐增大到90°时，下列说法正确的是（）
A、折射角由0°增大到大于90°的某一角度
B、折射角始终大于入射角，当折射角等于90°时，发生全反射
C、折射角始终小于90°，不可能发生全反射
D、入射角的正弦与折射角的正弦之比逐渐减小
结合课本P50“例题”，完成下面例题
例3、潜水员在水深为h的地方向水面观望时，发现整个天空及远处地面的景物均呈现在水面处的圆形区域，已知水的临界角为θ，则所观察到的圆形半径为（）
A、h·sinθ
B、h·tanθ
C、h/tanθ
D、h/sinθ
三、全反射的应用
1、全反射棱镜
①形状：截面为三角形的棱镜
②光学特性：当光于它的一个界面射入后，都会在其内部发生。

与平面镜相比，它的高，几乎达到100％。

③能量：反射面不涂敷任何反光物质，反射时小。

④画出光路图，可以得出：甲图中当光线垂直斜面射入时，光线偏转°；乙图中当光线垂直直角边射入时光线偏转°。

2、光导纤维
①传导原理：利用了原理；
②构造：光导纤维是非常细的，直径从几微米到一百微米之间，由 ,和 ,两层组成。

内芯的折射率，光传播时在内芯与外套的界面上发生。

例3、关于光纤的说法中，正确的是（）
A．光纤是由高级金属制成的，所以它比普通电线容量大
B．光纤是非常细的特制玻璃丝，但导电性能特别好，所以它比普通电线衰减小
C．光纤是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外套两层组成，光纤是利用全反射原理来实现光的传导的D．在实际应用中，光纤必须呈笔直状态，因为光沿直线传播，弯曲的光纤不能传导光/
【夯实基础】
1、某介质对某单色光的临界角为C，则（）
A、该介质对单色光的折射率等于1/sinC
B、此单色光在该介质的传播速度为c·sinC
C、此单色光在该介质中的传播波长是在真空中波长的sin倍
D、此单色光在该介质中的频率是在真空中的1/sinC倍
2、下列说法正确的是（）
A、在水中的潜水员斜向上看岸边的物体时，看到的物体的像将比物体所处的实际位置低
B、光纤通信是一种现代通信手段，它是利用光的全反射原理来传播信息
C、玻璃杯裂缝处在光的照射下，看上去比周围明显亮，是由于光的全反射
D、海市蜃楼产生的原因是由于海面上层空气折射率比下层空气折射率小
3、某种介质对空气的临界角是45°，则光线从空气进入该介质时，入射光线与折射光线的速度之比为（）
A、2：1
B、1：2
C、1:1
D、2:1
4、如图所示，ABCD是两面平行的透明玻璃砖，AB面和CD面是玻璃和空气的界面，分别设界面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时的入射角，则（）
A、只要入射角足够大，光线在界面I上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、不光入射角多大，光线在界面II上都不可能发生全反射现象
5、如图所示，一束平行光从真空垂直射向一块半圆形的玻璃砖，下列说法正确的是（）
A、只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖
B、只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖
C、通过圆心的光线将沿直线穿过不发生偏折
D、圆心两侧一定范围外的光线将在曲面上产生全反射
6、如图所示，光线由空气射入半圆形玻璃砖，或由玻璃砖射入空气的光路图中，正确的是（）
A、图乙、丁
B、图甲、丁
C、图乙、丙
D、图甲、丙
7、图中的等腰直角三角形表示三棱镜，光线垂直于一个面入射，在底面发生全
反射，由此看出棱镜的折射率不可能是（）
A、1.7
B、1.5
C、1.8
D、1.36
8、如图所示，一条光线从空气中垂直射到棱镜界面BC上，棱镜的折射率为
2，这条光线离开棱镜时与界面的夹角为（）
A、30°
B、45°
C、60°
D、90°
9、如图所示，一直角棱镜的横截面，∠bac=90°，∠abc=60°。

一平行细
光束从O点沿垂直于bc面的方向射入棱镜。

已知棱镜材料的折射率n=2，
若不考虑入射光线在bc面上的反射光，则有光线（）
A、从ab面射出
B、从ac面射出
C、从bc面射出，且与bc面斜交
D、从bc面射出，且与bc面垂直
10、如图所示，半圆形玻璃砖放在空气中，三条同一颜色、强度相同的光线，
均由空气射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置。

下列说法正确的是（）
A、假若三条光线中有一条在O点发生了全反射，那一定是aO光线
B、假若光线bO能发生全反射，那么光线cO一定能发生全反射
C、假若光线bO能发生全反射，那么光线aO一定能发生全反射
D、假若光线aO恰能发生全反射，则光线bO的反射光线比光线cO的反射光
线的亮度大
11、为从军事工事内部观察外面的目标，在工事墙上开一长方形孔，设工事墙厚d=34.64cm，孔的宽度L=20cm，孔内嵌入折射率n=3的玻璃砖，如图所示，试问：
①嵌如玻璃砖后，工事内部人员观察到外界的视野的最大张角是多少？
②要想使外界180°范围内景物全被观察到，应嵌入多大折射率的玻璃砖？
12、如图所示，在厚度为d，折射率为n的大玻璃板的下表面，紧贴着一个半径为r的圆形发光面，为了从玻璃板的上方看不见圆形发光面，可在玻璃板的上表面贴一张圆纸片，求所贴圆纸片的最小面积。

/
13、一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃被，如图为过轴线的截面图，调整入射角α，使光线恰好在水和空气的界面上发生全反射，已知水的折射率为4/3，求sinα的值。

14、为了测定某材料制成的长方体的折射率，用一束光线从AB面以60°入射角射入长方体时，光线刚好不能从BD面射出，如图所示，求该材料的折射率。

15、如图是一种折射率n=1.5的棱镜，现有一束光线沿MN的方向射到棱镜的AB界面上，入射角的正弦值为0.75，求：①光在棱镜中传播的速率；
②通过计算说明此束光线射出棱镜后的方向并画出光路图（不考虑返回到AB面上的光线）。

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第十三章第二节全反射

第十三章第二节全反射

第二节 全反射 [学习目标] 1.理解光疏介质和光密介质，了解“疏”与“密”是相对的． 2.理解光的全反射，会利用全反射解释有关现象． 3.理解临界角的概念，能判断是否发生全反射并能画出相应的光路图． 4.了解全反射棱镜和光导纤维．一、全反射(阅读教材P 48～P 50)1．光疏介质和光密介质不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．2．全反射(1)定义：当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射．当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫做全反射，这时的入射角叫做临界角．(2)发生全反射的条件①光线从光密介质射入光疏介质．②入射角大于或等于临界角．(3)临界角C 和折射率n 的关系式：sin C ＝1n． 拓展延伸►———————————————————(解疑难)1．光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对的意义．例如：水晶(n ＝1.55)对玻璃(n ＝1.5)是光密介质，而对金刚石(n ＝2.427)来说，就是光疏介质．同一种介质到底是光疏介质还是光密介质，是不确定的．2．光若从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角；反之，光由光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角．3．光疏和光密是从介质的光学特征来说，并不是指它的密度大小．例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比，酒精是光密介质．4．由v ＝c n可知，光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中要小． 5．一般情况下，光由一种介质到达另一种介质时，光既有反射又有折射，即光的能量有一部分反射回原介质中，而另一部分则进入其他介质中．发生全反射时，光的能量全部反射回原介质中．1.(1)水的密度大于酒精的密度，水是光密介质．( )(2)光从水中射入空气中时一定能发生全反射．( )(3)光从玻璃射入水中时一定发生全反射．( )(4)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，在界面发生了全反射．( ) 提示：(1)× (2)× (3)× (4)√二、全反射棱镜和光导纤维(阅读教材P 50～P 52)1．截面为等腰直角三角形的棱镜为全反射棱镜．它比平面镜的反射率高，失真小．2．当光在玻璃棒内传播时，如果从玻璃射向空气的入射角大于临界角，光会发生全反射，于是光在玻璃内沿着锯齿形路线传播．3．光纤通信利用了光的全反射原理，它的优点是容量大，衰减小，抗干扰能力强等． 拓展延伸►———————————————————(解疑难)1．全反射棱镜利用光的全反射改变光的方向，如图所示(甲图中光的方向改变90°，乙图中光的方向改变180°)．2．当光导纤维的折射率为多少时，就可以使以任意角度入射的光都能发生全反射？设光导纤维的折射率为n ，当入射光线的入射角为θ1时，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图所示．则有：sin C ＝1n ，n ＝sin θ1sin θ2，C ＋θ2＝90°，由以上各式可得sin θ1＝n 2－1.由图可知：当θ1增大时，θ2增大，而从纤维射向空气中的光线的入射角θ减小．当θ1＝90°时，若θ＝C ，则所有进入纤维中的光线都能发生全反射，即有sin 90°＝n 2－1，解得n ＝ 2.故当光导纤维的折射率为2时，就可以使以任意角度入射的光都能发生全反射．2.(1)截面是三角形的棱镜是全反射棱镜．( )(2)光在光纤中传播时，在内芯和外套的界面上发生全反射．( )(3)光纤通信的主要优点是容量大．( )提示：(1)× (2)√ (3)√。

全反射课件 (用)

全反射课件 (用)

解：
应用
应用1----全反射棱镜 全反射棱镜 应用 截面为等腰直角三角形的棱镜） （截面为等腰直角三角形的棱镜）
变化90 变化90 °
变化180 变化180 °
应用： 应用：双筒望远镜
应用 应用2--光导纤维 光纤通讯 光导纤维—光纤通讯 光导纤维
• 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 一种利用光的全反射原理制成的能传导光的玻璃丝， 和外套组成，直径只有几微米到100微米左右，内芯的折射 微米左右， 和外套组成，直径只有几微米到 微米左右 率大于外套的折射率。 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 当光线射到光导纤维的端面上时， 经内芯与外套的界面发生多次全反射后， 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 故光能损耗极小。 另一端面射出，而不从外套散逸 故光能损耗极小。
2、全反射 、
入射角θ1增大时，折射角θ2也增大，折射光 射角θ 增大时，折射角 也增大，
越来越暗，反射光线却逐渐变亮； 线越来越暗，反射光线却逐渐变亮；当入射 逐渐变亮 增大到某一角度时，折射角θ 达到90 角θ1增大到某一角度时，折射角 2达到900 ， 折射光线就完全消失了，只剩下反射光线， 折射光线就完全消失了，只剩下反射光线， 这种现象叫全反射 折射角为90 时的入射角叫做临界角， 表示。 折射角为900时的入射角叫做临界角，用C表示。
光纤通信
光纤通信的主要优点是: 光纤通信的主要优点是: 容量大、衰减小、抗干扰性强． 容量大、衰减小、抗干扰性强．
应用Biblioteka 应用3--海市蜃楼 海市蜃楼
中新网2004年3月16日电 ， 年 月 日电 中新网 北京时间10时 分 北京时间 时30分，在北 海道海域某海峡上空， 海道海域某海峡上空，观 测到了船悬于半空的海市 测到了船悬于半空的海市 蜃楼奇观。 蜃楼奇观。
第二节全反射(2)

第二节全反射(2)

第二节全反射（2） 第二节全反射（
习题课
安陆市第一高级中学
一、全反射现象的理解
1、当光线由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射 当光线由光密介质射入光疏介质时， 当入射角大于某一角度时，折射现象消失， 角，当入射角大于某一角度时，折射现象消失，光线全 部返回原来的介质，这种现象叫做全反射。 部返回原来的介质，这种现象叫做全反射。 2、发生全反射的条件 （1）光从光密介质射入光疏介质
二、合理作出几何光路
2、（天津卷第15题）空气中两条光线a和b从方框 、（天津卷第15题 空气中两条光线a 天津卷第15 左侧入射，分别从方框下方和上方射出， 左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线 如图1所示。方框内有两个折射率n 如图1所示。方框内有两个折射率n＝1．5的玻璃全反 射棱镜。 给出了两棱镜四种放置式的示意图， 射棱镜。图2给出了两棱镜四种放置式的示意图，其 中能产生图1效果的是（光线从空气中垂直射 练习2 如图所示， ，这 到棱镜界面BC上，棱镜的折射率为 条光线离开棱镜时与界面的夹角为多少？ 条光线离开棱镜时与界面的夹角为多少？
B 60° 30° A
C
1 A. π R 6 1 C . πR 3
1 B. π R 4 5 D. π R 12
450 A O
B
小结：对于多线光束的问题，需要把握以下几点： 小结：对于多线光束的问题，需要把握以下几点： 如果光束是一系列平行光， （1）如果光束是一系列平行光，则依据反 射和折射规律，若界面光滑整齐， 射和折射规律，若界面光滑整齐，则反射和折射 光线也必定是一列平行光 若反射或折射光线平行， （2）若反射或折射光线平行，则只需考虑 其中一条光线的反射或折射， 其中一条光线的反射或折射，着重考虑边界问题 观察随法线偏移， （3）观察随法线偏移，光线相对应的入射 角如何变化，若随法线的偏移，入射角逐步增加， 角如何变化，若随法线的偏移，入射角逐步增加， 则需重点考虑临界角情况下的全反射问题
全反射

全反射

本节前言第二节全反射北宋著名科学家沈括在《梦溪笔谈》中写到：夏天，在山东蓬莱、栖霞，从平静无风的海面上向远方望去，有时能看到山峰、船舶、楼台、宫室、城池、人物、车马等出现在空中，谓之海市蜃楼。

我们在炎炎夏日，行走在柏油路面上的话，也常能看到前方不远处一片潮湿，路灯花池的倒影清晰可见，可到了那儿依旧是滚烫的路面，一丁点水也没有。

这些虚无飘渺的蜃景是怎样形成的呢？具备怎样的科学道理呢？这节内容将会带我们去探索这一神奇现象的形成根源，知道全反射的形成条件；并通过水流实验来让我们认识光导纤维，从而进一步了解它在医学、工业、国防科技、通讯领域中的广泛应用。

§1.2全反射我们常用“井底之蛙”、“坐井观天”来形容人眼光狭窄，阅历短浅。

可将桶里注满水后，这桶里之蛙所看到的“天”就非“昔日之天”了，它甚至能将水面上的世界一览无余呢！也许会游泳的你在水下也拥有过同样的感受吧！那么这是什么道理呢？当光由光密介质射向光疏介质时，由折射定律可知，折射角大于入射角，我们称之为远线折射。

反之，则称为近线折射。

再增大入射角，则反射光线，折射光线会如何传播呢？接下来我们用激光发射器、光具盘、半圆形玻璃砖做的演示实验，注意观察相应的现象。

相关知识点：海市蜃楼灼热的太阳烘烤着一望无际的沙漠。

一支干渴的驼队在沙漠中艰难的行进着。

突然在远方地平线上，奇迹股的出现了一个大湖，湖面闪烁着耀眼的银光，在湖边还有一些苍翠的棕榈树，它们在水面下映出秀丽的倒影，这是多么让人心怡的景色啊！它给干渴的驼队带来了希望。

可正当人们满怀希望奔跑过去时，它却又奇迹股地消失了。

这样的一种幻景也常出现在海面上，如水手们常传说的“荷兰飞船”的故事中所说：当人们在海上航行的时候，在海面上突然出现一只飘忽不定的船队。

它有时在你的一侧并行，似乎在暗中监视着你；有时它又忽然神秘地离你远去；有时，它又张帆对准你驶来。

它不理睬你的任何信号，也没有一点声息，就在马上要和你相撞的时候，它又忽然消失得无影无踪了。