全反射公式

1 《全反射》导学案 2016.6

学习要求

1.知道光疏介质和光密介质，认识光的全反射现象

2.知道全反射及其应用，初步了解光导纤维的工作原理，认识光纤技术对社会经济生活的影响

学习重难点

全反射及发生全反射的条件

学习模式

小组讨论 实验探究

学习过程

【回顾】

1.光线由空气进入水中时，在两种介质的界面要发反射和( ),光由空气进入水中的遵从( )定律。

2当光线由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称为该种介质的( )。

一、光密介质 光疏介质

【看课本P70页】什么是光疏介质和光密介质？

1 光密介质：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

2 光疏介质：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

看图表思考

将玻璃、空气、水比较：

水相对于玻璃，水是__________;水相对于空气，水是___________；

但是水和玻璃相对于空气而言都是_______光疏介质与光密介质的

关系是＿＿＿＿＿

【思考】

根据折射定律，光由光疏介质（空气）射入光密介质（水）时，折射角______入射角； 光由光密介质（水）射入光疏介质（空气）时，折射角______入射角

【思考与讨论】当光线由水进入到空气时，入射角由零度逐渐变大，请根据实验结论填写下表

2

1折射角度为90度时，还是否能观察到折射光线

是否能观察到反射光线 此时的入射角度约为

2在折射角等于90度情况下，如果继续增大入射角会发生什么情况

二、全反射

全反射：

光的反射、折射、全反射

【学习目标】

1．通过实例分析掌握光的反射定律与光的折射定律．

2．理解折射率的定义及其与光速的关系．

3．学会用光的折射、反射定律来处理有关问题．

4．知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念．

5．能判定是否发生全反射，并能分析解决有关问题．

6．了解全反射棱镜和光导纤维．

7．明确测定玻璃砖的折射率的原理．

8．知道测定玻璃砖的折射率的操作步骤．

9．会进行实验数据的处理和误差分析．

【要点梳理】

要点一、光的反射和折射

1．光的反射现象和折射现象

如图所示，当光线入射AO

到两种介质的分界面上时，一部分光被反射回原来的介质，即反射光

线OB

，这种现象叫做光的反射．另一部分光进入第二种介质，并改变了原来的传播方向，即光线OC

，

这种现象叫做光的折射现象，光线OC

称为折射光线．折射光线与法线的夹角称为折射角（

2

）．

2．反射定律

反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角

等于入射角．

3．折射定律

（1）内容：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧．入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．即1

2sin

sin



常数．如图所示．

也可以用sin

sini

n

r

的数学公式表达，n

为比例常数．这就是光的折射定律．

（2）对折射定律的理解：

①注意光线偏折的方向：如果光线从折射率（

1n

）小的介质射向折射率（

2n

）大的介质，折射光

线向法线偏折，入射角大于折射角，并且随着入射角的增大（减小）折射角也会增大（减小）；如果光

线从折射率大的介质射向折射率小的介质，折射光线偏离法线，入射角小于折射角，并且随着入射角

的增大（减小）折射角也会增大（减小）．

②折射光路是可逆的，如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的人射光线发生折射，定律中的公式就变为1

2sin1

sinn



，式中

1

全反射

一、光疏介质和光密介质

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 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

折射特点 光从光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角

光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角

二、全反射

1．全反射及临界角的概念

(1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，若入射角增大到某一角度，折射光线就会消失，只剩下反射光线的现象。

(2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角。用字母C表示。

2．全反射的条件

要发生全反射，必须同时具备两个条件：

(1)光从光密介质射入光疏介质。

(2)入射角等于或大于临界角。

3．临界角与折射率的关系

光由介质射入空气(或真空)时，sin C＝1n(公式)。

三、全反射的应用

1．全反射棱镜

(1)形状：截面为等腰直角三角形的棱镜。

(2)光学特性：

①当光垂直于截面的直角边射入棱镜时，光在截面的斜边上发生全反射，光线垂直于另一直角边射出。

②当光垂直于截面的斜边射入棱镜时，在两个直角边上各发生一次全反射，使光的传播方向改变了180°。

2．光导纤维及其应用

(1)原理：利用了光的全反射。

(2)构造：光导纤维是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外层透明介质两层组成。内芯的折射率比外层的大，光传播时在内芯与外层的界面上发生全反射。

(3)主要优点：容量大、能量损耗小、抗干扰能力强，保密性好等。

达标练习

1、华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理奖，他被誉为“光纤通讯之父”。光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图13-2-3所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。下列关于光导纤维的说法中正确的是( )

A．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

B．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全反射

C．波长越短的光在光纤中传播的速度越大

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。