13-2全反射2
人教版高二物理选修3-4第13章第2节 全反射(共24张PPT)
水晶 1.55
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2020/6/11
3
思考·讨论
A
N
θ1
空气
O
θ2 玻璃
N'
B
2020/6/11
N
空气
O
玻璃
N'
N
空气
O
玻璃
N'
4
实验探究
探究一：光从玻璃射入空气
1、半圆形玻璃砖的平 直边沿90 0线放置
2020/6/11
2、光沿半圆形玻璃砖 的半径射到平直边上
3、通过转动光源增大 入射角
5
实验探究
8
二、全反射 1、定义：当光从光密介质射入光疏介质时，折射光完 全消失，只剩反射光的现象
空气
2、临界角C：折射光完全消失时的入射角 玻璃 C
3、发生全反射的条件： (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
2020/6/11
9
思考与讨论
请大家计算折射率为 2 的某种介质在
空气
空气中发生全反射时的临界角C。
1、全反射棱镜：（截面为等腰直角三角形的棱镜）
45
45 45
45 45 45
优越性：
光线改变900
光线改变1800
2020/6/11
12
三、全反射的应用
潜望镜
2020/6/11
13
三、全反射的应用 望远镜
2020/6/11
14
三、全反射的应用
2、光导纤维
2020/6/11
15
三、全反射的应用
13.2 全反射
2020/6/11
1
温故·知新
N A
高考总复习 物理13-2
高考总复习人教版·新课标
第二单元
实验：测定玻璃的折射率
第六模块 选修3-4
物理
高考总复习人教版·新课标
考点聚焦 一、实验目的 1．测定玻璃的折射率． 2．学会用插针法确定光路．
第六模块 选修3-4
物理
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二、实验原理
如图1所示，当光线AO1以一定的入射角θ1穿过两 面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO1 对应的出射光线O2B，从而求出折射光线O1O2和折射 sinθ1 PN 角θ2，再根据n＝ 或n＝ 算出玻璃的折射 sinθ2 QN′ 率．
图1
第六模块 选修3-4
物理
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三、实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器(或圆
规)、三角板、铅笔．
第六模块 选修3-4
物理
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四、实验步骤 1．如图2所示，将白纸用图钉按在木板上，先在白纸
上画出一条直线aa′作为界面．过aa′上的一点O画出界面
第六模块 选修3-4
物理
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解析：本题考查利用插针法测定液体的折射率和对折
射率的理解．
(1)根据折射定律n＝ ，题中θ1＝60°，θ2＝ ＝1.73.
∠AOF＝30°，所以n＝
(2)图中P4对应的入射角大于P3所对应的入射角，所以
P4对应的折射率大．
(3)因A、O、K在一条直线上，入射角等于折射角， 所以K处对应的折射率为1. 答案：(1)1.73 (2)P4 (3)1
(2)乙同学测得的折射率与真实值相比__________(填
“偏大”“偏小”或“不变”)． (3)丙同学测得的折射率与真实值相比__________．
高考物理第一轮复习教案第13章《光》2光的折射 全反射
13.2 光的折射、全反射知识目标一、光的折射1．折射现象：光从一种介质进入另一种介质，传播方向发生改变的现象．2．折射定律：折射光线、入射光线跟法线在同一平面内，折射光线、入射光线分居法线两侧，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．3．在折射现象中光路是可逆的．二、折射率1．定义：光从真空射入某种介质，入射角的正弦跟折射角的正弦之比，叫做介质的折射率．注意：光从真空射入介质．2．公式：n=sini/sinγ，折射率总大于1．即n＞1．3.各种色光性质比较：红光的n最小，ν最小，在同种介质中（除真空外）v最大，λ最大，从同种介质射向真空时全反射的临界角C最大，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小（注意区分偏折角．．．）。
．．．和折射角4．两种介质相比较，折射率较大的叫光密介质，折射率较小的叫光疏介质．【例1】一束光从空气射向折射率n=的某种玻璃的表面，如图所示，i表示入射角，则（） A．无论入射角i有多大，折射角r都不会超过450B．欲使折射角r＝300，应以i＝450的角度入射C．当入射角i＝arctan时，反射光线与折射光线恰好互相垂直D．以上结论都不正确解析：针对A：因为入射角最大值i max=900，由折射定律sini/sinγ=n，0，故A正确．sinγ=sini/n=sin900/=/2 所以γ针对B：由sini/sinγ=n知，当r＝300时sini=sinγn=×sin300=/2 所以，I=450，即选项B正确针对c：当入射角i＝arctan 时，有sini/cosi=，由折射定律有sini/sinγ=n＝所以cosi＝sinγ，则i＋r=900所以在图中，OB⊥OC．故选项C也正确．答案：ABC【例2】如图所示，一圆柱形容器，底面直径和高度相等，当在S处沿容器边缘的A点方向观察空筒时，刚好看到筒底圆周上的B点．保持观察点位置不变，将筒中注满某种液体，可看到筒底的中心点，试求这种未知液体的折射率是多大？解析：筒内未装液体时，S点的眼睛能看到B点以上部分，注满液体后，由O点发出的光线经液面折射后刚好进入眼睛，根据折射定律知：n=sini/sinγ=/2=1.58 即这种未知液体的折射率n=1．58．三、全反射1．全反射现象：光照射到两种介质界面上时，光线全部被反射回原介质的现象．2．全反射条件：光线从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角．3．临界角公式：光线从某种介质射向真空（或空气）时的临界角为C，则sinC=1/n=v/c 【例3】潜水员在折射率为的透明的海水下hm深处，向上观察水面，能看到的天穹和周围的景物都出现在水面上的一个圆形面积为S的区域内，关于圆面积S和深度h的关系正确的是（ C ）A、S与水深h成正比B、S与水深h成反比C、S与水深h的平方成正比D、S与水深h的平方成反比【例4】完全透明的水中某深处，放一点光源在水面上可见到一个圆形的透光平面，如果透光圆面的半径匀速增大，则光源正在（ D ）A、加速上升B、加速下沉C、匀速上升D、匀速下沉四、棱镜与光的色散1.棱镜对光的偏折作用一般所说的棱镜都是用光密介质制作的。
3-4第13章第2节 全反射 教案
13.2全反射物理核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究"“科学态度与责任”四个方面构成。
教学目标（一）物理观念学1、掌握全反射的定义，能够判断全反射的发生条件2、理解临界角的概念，能够运用公式计算临界角（二）科学思维、科学探究［Z1、通过实验操作，能够明确知道全反射现象的发生过程2、掌握利用全反射概念做光路图的要求和方法3、能够利用全反射知识解释一些实验现象(三)科学态度与责任1、通过实验，培养学生学习物理的兴趣2、通过对科学家事迹的介绍，让学生感知科学家为科学献身的伟大精神教学重点1、全反射现象、临界角的计算2、全反射的应用教学难点1、利用全反射光路图的2、利用全反射解释实验现象教学方法1、采用知识教学与实验教学相结合2、组织学生进行小组合作式学习,对重点、难点进行合力突破教学过程【课前准备工作】1、准备实验器材，工具2、下发学案，学生提前填好复习性的内容【课堂导入】趣味实验:卡片上放水杯，加水后,卡片消失【正课】实验1：水中的全反射观察激光在水中的全反射现象1、让光线透过杯壁射入水中2、用木杆作为接收屏，改变入射角度观察全反射现象分组实验2：玻璃砖中的全反射1、引导学生认识仪器2、明确实验目的3、讲解实验原理4、总结实验过程光密介质和光疏介质1.概念：两种介质比较，折射率大的介质是光密介质，折射率较小的介质是光疏介质.观察下表中给出的8中不同的介质，请大家思考，哪一种是光疏介质？哪一种是光密介质？你判断光疏介质与光密介质的依据是什么？8中不同介质的折射率1。
5～1。
9水晶 1。
551。
33 空气1.00028 2。
理解 （1）光密介质与光疏介质是相对而言的;（2）判断光密介质与光疏介质的依据是介质的折射率与其他因素无关；设问：我们知道介质的折射率反映了光在介质中运动速度的快慢，请问大家光在光密介质中运动的快，还是在光疏介质中运动的快?vc n ,n 小，v 大；n 大,v 小。
13-2 全反射
第十三章
第二节
成才之路 ·物理 ·人教版 · 选修3-4
学习目标定位
第十三章
第二节
成才之路 ·物理 ·人教版 · 选修3-4
※
知道光疏介质，光密介质、全反射、 临界角的概念 能判断是否发生全反射，能计算有关 问题，并能解释全反射现象 了解全反射现象的应用
※※ ※
第十三章
第二节
成才之路 ·物理 ·人教版 · 选修3-4
(哈尔滨高二检测)光导纤维的结构如图所示。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( )
第十三章
第二节
成才之路 ·物理 ·人教版 · 选修3-4
A．内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界 面发生全反射 B．内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界 面发生全反射 C．内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界 面发生折射 D．内芯的折射率与外套相同，外套的材料有韧性，可以 起保护作用
在海面平静的日子，站在海边有时可以看到远处的空 中出现了高楼耸立、 街道棋布、 山峦重叠等景象， 这就是“海 市蜃楼”。这种现象是怎样形成的呢？
第十三章
第二节
成才之路 ·物理 ·人教版 · 选修3-4
解析：当大气层比较平静时，空气的密度随温度的升高 而减小，对光的折射率也随之减小，海面上空气的温度比空 中低，空气的折射率下层比上层大。我们可以粗略地把空中 的大气分成许多水平的空气层，如图 1 所示，下层的折射率 较大。远处的景物发出的光线射向空中时，不断被折射，射 向折射率较低的上一层的入射角越来越大，当光线的入射角 大到临界角时，就会发生全反射现象。
第十三章
第二节
成才之路 ·物理 ·人教版 · 选修3-4
2全反射
2全反射1 .基本知识 (1)全反射的条件①光由光密介质射向光疏介质．②入射角大于或等于临界角． (2)全反射遵循的规律：发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用． (3)从能量角度来理解全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大．同时折射光线强度减弱，即折射光线能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光的能量等于入射光的能量． (4)临界角①定义：刚好发生全反射(即折射角为90°)时的入射角为全反射的临界角，用C 表示．②表达式：光由折射率为n 的介质射向真空或空气时，若刚好发生全反射，则折射角恰好等于90°，n ＝sin 90°sin C ，即sin C ＝1n .③不同色光的临界角：不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越高的光的临界角越小，越易发生全反射．图13－2－1如图13－2－1所示，一玻璃球体的半径为R ，O 为球心，AB 为直径．来自B 点的光线BM 在M 点射出，出射光线平行于AB ，另一光线BN 恰好在N 点发生全反射．已知∠ABM ＝30°，求(1)玻璃的折射率．(2)球心O 到BN 的距离．1 .某种介质对空气的折射率是2，一束光从该介质射向空气，入射角是60°，则下列光路图中正确的是(图中Ⅰ为空气，Ⅱ为介质)( )3 .对“海市蜃楼”的解释4 .对“沙漠蜃景”的解释(2013·大连八中检测)如图13－2－7所示，一根长为L 的直光导纤维，它的折射率为n .光从它的一个端面射入，又从另一端面射出所需的最长时间为多少？(设真空中的光速为c ) n 2L c图13－2－72 .空气中两条光线a 和b 从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图13－2－8所示．方框内有两个折射率n ＝1.5的玻璃全反射棱镜．下列给出了两棱镜四种放置方式的示意图，其中能产生图13－2－8效果的是( )图13－2－8在厚度为d 、折射率为n 的大玻璃板下表面，有一个半径为r 的圆形发光面，为了从玻璃板的上方看不见这个圆形发光面，可在玻璃板的上表面贴一块圆形纸片，问所贴纸片的最小半径应为多大？r ＋d n 2－11. 下列说法正确的是()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，在光密介质中的传播速度较小2. (2013·南京一中检测)一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为a、b两束单色光，其传播方向如图13－2－9所示．设玻璃对a、b的折射率分别为n a和n b，a、b在玻璃中的传播速度分别为v a和v b，则()图13－2－9A．n a>n b B．n a<n bC．v a>v b D．v a<v b3 .如图13－2－10所示，一束平行光从真空垂直射向一块半圆形的玻璃砖的底面，下列说法正确的是()图13－2－10A．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处产生全反射4. 光线在玻璃和空气的界面上发生全反射的条件是()A．光从玻璃射到分界面上，入射角足够小B．光从玻璃射到分界面上，入射角足够大C．光从空气射到分界面上，入射角足够小D．光从空气射到分界面上，入射角足够大1. 关于全反射，下列说法中正确的是()A．光从光密介质射向光疏介质时可能发生全反射B．光从光疏介质射向光密介质时可能发生全反射C．光从折射率大的介质射向折射率小的介质时可能发生全反射D．光从传播速度小的介质射向传播速度大的介质时可能发生全反射图13－2－112 .(2013·郑州一中检测)自行车上的红色尾灯不仅是装饰品，也是夜间骑车的安全指示灯，它能把来自后面的光线反射回去．某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角棱镜(折射率n>2)组成，棱镜的横截面如图13－2－11所示．一平行于横截面的光线从O点垂直AB边射入棱镜，先后经过AC边和CB边反射后，从AB边的O′点射出，则出射光线是()A．平行于AC边的光线①B．平行于入射光线的光线②C．平行于CB边的光线③D．平行于AB边的光线④图13－2－123 .如图13－2－12所示，ABCD是两面平行的透明玻璃，AB面和CD 面平行，它们分别是玻璃和空气的界面，设为界面1和界面2.光线从界面1射入玻璃砖，再从界面2射出，回到空气中，如果改变光到达界面1时的入射角，则()A．只要入射角足够大，光线在界面1上可能发生全反射B．只要入射角足够大，光线在界面2上可能发生全反射C．不管入射角多大，光线在界面1上都不可能发生全反射D．不管入射角多大，光线在界面2上都不可能发生全反射4. (2013·洛阳一中检测)已知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 sin CB．此单色光在该介质中的传播速度等于c·sin C(c是光在真空中的传播速度) C．此单色光在该介质中的传播波长是在真空中波长的sin C倍D．此单色光在该介质中的频率是在真空中的1sin C倍5 .光导纤维的结构如图13－2－13，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()图13－2－13A．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．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，可以起保护作用图13－2－146. 如图13－2－14所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，E、F分别为AB、BC的中点，则()A．该棱镜的折射率为 3 B．光在F点发生全反射C．光从空气进入棱镜，波长变小D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行图13－2－169. 如图13－2－17所示，一段横截面为正方形的玻璃棒，中间部分弯成四分之一圆弧形状，一细束单色光由MN端面的中点垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射，然后垂直PQ端面射出．图13－2－17(1)求该玻璃棒的折射率；(2)若将入射光向N端平移，当第一次射到弧面EF上时________(填“能”“不能”或“无法确定能否”)发生全反射．(1)2(2)能12 .(2011·山东高考)如图12－2－20所示，扇形AOB为透明柱状介质的横截面，圆心角∠AOB＝60°.一束平行于角平分线OM的单色光由OA射入介质，经OA折射的光线恰平行于OB.图12－2－20(1)求介质的折射率；(2)折射光线中恰射到M点的光线________(填“能”或“不能”)发生全反射．(1)3(2)不能。
第十三章 2 全反射
=
1
所以 OB=
2 -1
所以圆纸片的最小半径为 R=r+
2
最小面积为 S=π +
2
答案:S=π +
2 -1
2 -1
。
2 -1
2 -1
迁移应用
1.一束单色光由左侧射入注满清水的薄壁圆柱形玻璃杯,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
4
发生全反射。已知水的折射率为 ,求
2
全反射
目标导航
学习
目标
重点
难点
1.知道光疏介质、光密介质,认识光的全反射现象。
2.知道产生全反射的条件,能解释全反射现象,会计算
临界角。
3.知道全反射棱镜及其应用,初步了解光导纤维的工
作原理。
1.理解光的全反射。
2.理解临界角的概念,会判断是否发生全反射。
激趣诱思
右图是在沙漠里形成的蜃景,这是什么原因呢?
简答:夏季沙漠中烈日当头,沙土被晒得灼热,因沙土的比热容小,
温度上升极快,沙土附近的下层空气温度上升得很高,而上层空气的
温度仍然很低,这样就形成了气温的反常分布,由于热胀冷缩,接近沙
土的下层热空气密度小而上层冷空气的密度大,这样空气的折射率
是下层小而上层大。当远处较高物体反射出来的光,从上层较密空气
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,即解得 n= 2。以上是光从纤维射向真空时得到的折射
率,由于光导纤维包有外套,外套的折射率比真空的折射率大,因此折
射率要比 2大些。
思考探究
1.观察课本中的演示实验,思考反射光线和折射光线是如何变
全反射
(2)入射角增大到某一值，折空射气光消失，只
剩下反射光
理论探究——临界角和介质折射率的关系
当光线从折射率为n的
介质进入空气时临界角 C是折射角等于90°时 的入射角
n sin1 sin 2
90 0
C
根据光路可逆性
空气 和折射定律：
玻璃
sin 900
n
1
sin c sin c
全反射的应用1——玻璃和水中的气泡
课后探究
1.查资料用全反射原理解释大气中的海市蜃 楼等现象？ 2.观察自行车尾灯的内部结构，分析它的工 作原理。
玻璃 水晶 氯化钠 酒精
水
空气
折射率 2.42
1.63
1.5~1.8 1.55 1.54 1.36 1.33
1.00028
空气 光疏介质 水 光密介质
(1)光疏介质和光 密介质具有相对 性 (2)光疏介质、光 密介质和介质密 度无关
光线由光疏介质射 向光密介质：
光线由光密介质射向 光疏介质：
1
空气
人教版普通高中物理教科书选修3-4第13章第二节
《全反射》
13.2 全 反 射
学习目标：
1 理解光的全反射现象 2 掌握临界角的概念 3 掌握发生全反射的条件 4 了解全反射现象的应用
知识回顾：
1.光的折射 2.折射率
n sin 1 sin 2
1
空气
玻璃
2
几种介质的折射率：
介质 金刚石
二氧化碳
时,其折射角为300,则这种介质对空气的临界角
是 【B】
A.600
B.450
C.900
D.300
随堂练习：
5.下列说法中正确的是【 AD 】 A.水中的气泡看起来特别明亮，是因为一部分 光在界面上发生了全反射的缘故 B.光导纤维是利用光折射的原理制成的 C.光导纤维由内芯和外套组成，外套的折射率 大于内芯的折射率。 D.光导纤维具有容量大，衰减小、抗干扰性强 等多方面优点
13-2布鲁斯特
• •
•
•
•
•
••
•• ••
••
•
玻璃片堆
(接近线偏振光)
最后获得两束振动面互相垂直的线偏振光
（A）
玻璃门表面的 反光很强
（B）
用偏光镜减弱 了反射偏振光
（C）
用偏光镜消除了 反射偏振光 使 玻璃门内的人物 清晰可见
பைடு நூலகம்题1：自然光从空气射到玻璃的界面上，当入射角为 60时，反射光是完全偏振光，则玻璃的折射率是：
（A）
1 3
（B）
2 3
（C）
3 2
（D） 3
例题2：如果从一池静止的水（n=1.33)的表面反射
来的太阳光是完全偏振光，那么太阳的仰 角（如
图）大致等于
，在这反射光中 E 矢量的
方向应
。
例题3：当一束自然光在两种介质的分界面处发生反射和
折射时，若反射光是完全偏振光，则折射光为
，且
反射光线与折射光线之间的夹角为
对反射光垂直振动（点）的能量反射得多折射的少。
对入射光平行振动（短线）的能量反射得少折射的多。
所以，反射光和折射光都是部分偏振光。反射光 和折射光偏振化程度与入射角i有关 。
2.布儒斯特定律
实验表明：当入射角 i 等于某一特定值 i0 时， 即满足下式：
tg
i0
n21
n2 n1
则反射光为全偏振光， i0 称为全偏振角。
第三节 反射和折射时光的偏振
1.现象 自然光经界面反射和折射，反射光和折射光变为
部分偏振光，反射光中以振动方向垂直于入射面的为 主，折射光中以振动方向平行于入射面的为主（即在 入射面内）：
自然光的光矢量可分 解为两个振幅相等、相 互垂直的分振动，一个 垂直入射面用点表示， 一个平行入射面用短线 表示。
13.2《全反射》复习课件
图13－2－7
【精讲精析】 根据题述，光路如图 13－2－7 所 示，图中 S 点为圆形发光面边缘上一点，由该点发 出的光线能射出玻璃板的范围由临界光线 SA 确 定，当入射角大于临界角 C 时，光线就不能射出玻 璃板了． sinC 图中 Δr＝dtanC＝d . cosC n2－1 1 d 而 sinC＝ ， cosC＝ 则 ， 所以， Δr＝ 2 . n n n －1 d 故应贴圆纸片的最小半径 R＝r＋Δr＝r＋ 2 . n －1
能发生全反射，因此光在A点由空气进入介质球时， 肯定不能发生全反射；光从介质球向外射出的入射
角i′是随着i的增大而增大的，且i′的增大只是逐
渐接近临界角，不可能大于临界角. 原因如下：在图
13－2－5中，对于球上任意一点，球面法线一定过
图13－2－5
圆心 O，设 r 为光从 A 点射入时的折射角，i′为光 从 B 点射出时i′＝r，根据折射定律 n＝ ，得 sinr sinr sini ＝ ，即随着 i 的增大，r 增大，但显然 r 不能大 n 于临界角 C，故 i′也不可能大于临界角，即光从 B 点射出时， 也不可能发生全反射，在 B 点的反射光 射向 D 点，从 D 点射出时也不会发生全反射．
(3)发生全反射的条件 光密 光疏 ①光线从______介质射入______介质． 大于或等于 ②入射角______________临界角． 二、全反射棱镜 等腰直角三角形 横截面是_________________的棱镜叫全反射棱镜， 全反射棱镜是一种特殊的棱镜，在光学仪器中用来
改变光的方向．
三、光导纤维 1．光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几 微米到一百微米之间，光导纤维对光有传导作用， 全反射 是利用了光的_______原理，光传播时在内芯和外 全反射 套的界面上发生_______．
学案1： 13.2 全反射
2 全反射【学习目标】1．知道光疏介质和光密介质。
2．知道光的全反射现象。
3．知道介质的临界角与该种介质的折射率之间的关系式。
4．知道全反射现象的一些实际应用。
【重点难点】掌握临界角的概念和发生全反射的条件; 全反射的应用，对全反射现象的解释. 【课前预习】1．空气、水、酒精、玻璃的折射率的大小:。
2．物理学中，把折射率较小的介质称为 ，折射率较大的介质叫做 。
3．光疏介质和光密介质是 的，第1题中，水相对空气是 ，但是它相对玻璃是 。
4．根据折射定律可知，光从空气射入水中时，入射角 折射角；而光从水中射入空气中时，入射角 折射角。
由此得到一个很重要的结论：光从光疏介质射入光密介质时，折射角 入射角，光从光密介质射入光疏介质时，折射角 入射角。
5．观察演示实验；由实验可以看出，当光沿着半圆形的玻璃砖的半径射到直边上时，一部分光从玻璃砖的直边上 到空气中，另一部分光 回玻璃砖内，当逐渐增大入射角时，会看到空气中的折射角在 ，并且折射光线离法线越来越 ，而且折射光线越来越 ，反射光线越来越 ，当入射角增大到某一角度，使折射角大到90°时，折射光线完全消失，只剩下 ，这种现象叫做 。
6．我们把刚好发生全反射时（即折射角等于90°时）的入射角叫做这种介质的 ；因为发生全反射时折射角 入射角，所以只有光从光 介质射入光 介质时，才可能发生全反射。
7． 例如：某种介质的折射率为n ，临界角为C ，则根据临界角是折射角等于90°时的入射角，再根据折射定律及光路可逆可得：玻璃酒精水空气n n n n <<<结论：不同的介质，折射率n 不同，所以临界角C 也 。
【预习检测】1．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A a 是光密介质，b 是光疏介质B 光在介质a 中的速度必须大于光在介质b 中的速度C 光的入射角必须大于或等于临界角D 必须是单色光2．光由折射率为1.5的玻璃射入空气时的临界角是______度；光由折射率为2.42的金刚石射入空气时的临界角是______度。
高二物理选修3-4同步练习：13-2 全反射
基础夯实1．(2010·湖北黄冈中学高二检测)海域夏天常会出现海市蜃楼奇观，这是由于光在大气中的折射和全反射使远处物体在空中形成的()A．正立虚像B．倒立虚像C．正立实像D．倒立实像答案：A2．(2011·福州高二检测)如图所示为光线由空气进入全反射玻璃棱镜、再由棱镜射入空气的光路图。
指出哪种情况是可以发生的()答案：A解析：光垂直等腰直角三角形的某直角边射入玻璃棱镜时，在斜边发生全反射，故A正确。
3．(2012·临淄模拟)如图所示，一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45°，下面四个光路图中，正确的是()答案：A解析：∵sin C＝11.5，∴C<45°，故发生全反射。
4．如图所示，置于空气中的厚玻璃砖，AB、CD分别是玻璃砖的上、下表面，且AB∥CD，光线经AB表面射向玻璃砖时，折射光线射到CD表面时，下列说法正确的是()①不可能发生全反射②有可能发生全反射③只要入射角θ1足够大就能发生全反射④不知玻璃的折射率，无法判断A．只有①正确B．②，③正确C．②，③，④正确D．只有④正确答案：A解析：据光路可逆原理可知①正确②③④全错。
5．空气中两条光线a和b从虚框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图1所示。
虚框内有两个折射率n＝1.5的玻璃全反射棱镜。
图2给出了两棱镜四种放置方式的示意图，其中能产生图1效果的是()答案：B解析：画出入射光线与出射光线反向延长线的交点则为发生全反射的位置，画上全反射棱镜，可知B正确。
6．如图所示，一束平行光从真空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产生全反射答案：BCD解析：通过圆心的光线将沿直线穿过不发生偏折，入射角为零。
新教材高中物理第四章光2全反射课件新人教版选择性必修第一册
酒精来说是光疏介质；由v＝
c n
可知，光在光密介质中的速度较小．故
B、D正确．
全反射的应用
1．全反射棱镜 截面为等腰直角三角形的棱镜，利用全反射_改__变__光__的__方__向__． 2．光导纤维 由折射率__较__大____的内芯和折射率___较__小___的外套组成，光传播时 在内芯与外套的界面上发生_全__反___射__．
变式1 光线在空气和玻璃的分界面上发生全反射的条件是 ( ) A．光从空气射到分界面上，入射角足够小 B．光从空气射到分界面上，入射角足够大 C．光从玻璃射到分界面上，入射角足够大 D．光从玻璃射到分界面上，入射角足够小 【答案】C 【解析】全反射是光从光密介质向光疏介质入射时入射角足够大时 才会发生的，玻璃是光密介质，空气是光疏介质，故C正确，A、B、D错 误．
对岸山峰和天空的倒影，水面下的景物则根本看不到．下列说法中正确
的是
()
A．远处山峰的倒影非常清晰，是因为山峰的光线在水面上发生了 全反射
B．光线由水射入空气，光的波速变大，波长变小 C．远处水面下景物的光线射到水面处，入射角很大，可能发生了 全反射，所以看不见 D．近处水面下景物的光线射到水面处，入射角较小，反射光强而 折射光弱，因此有较多的能量射出水面而进入人眼中 【答案】C
(3)光导纤维的应用：携带着数码信息、电视图像、声音等的光信号 沿着光纤传输到很远的地方，实现光纤通信．
素养点评：本探究通过对全反射应用的研究，培养“科学态度与责 任”素养．
光导纤维 精练3 由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以 光导纤维中用激光作为高速传输信息的载体．要使射到粗细均匀的圆形 光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面 射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所 用材料的折射率至少应为多少？
13.2 全反射 教案(人教版选修3-4)
13.2全反射(教师用书独具)●课标要求1 .知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念．2 .理解全反射的条件，能计算有关问题和解释相关现象．3 .了解光导纤维的工作原理和光导纤维在生产、生活中的应用．●课标解读1 .知道什么是光疏介质和光密介质，理解它们具有相对性．2 .理解全反射现象，掌握临界角的概念和全反射的条件．3 .利用全反射条件，应用临界角公式解答相关问题．4 .了解光导纤维的工作原理和光导纤维在生产、生活中的应用．●教学地位光的全反射是光的反射和折射的交汇点，与日常生活及现代科学技术的发展紧密相关，同时也是高考的热点内容．(教师用书独具)●新课导入建议光亮的铁球在阳光下很刺眼，将铁球在点燃蜡烛上全部熏黑，然后把它浸没在盛有清水的烧杯中，放在水中的铁球变得比在阳光下更亮．把球取出，熏黑的铁球依然如故，如何来解释这种现象呢？通过这节课的学习，你将明白其中的奥妙．●教学流程设计课前预习安排1.看教材2.学生合作讨论完成【课前自主导学】步骤1：导入新课，本节教学地位分析步骤2：老师提问，学生回答补充，检查预习效果步骤3：师生互动完成“探究1”教师讲解例题，并总结解题规律步骤7：指导学生完成【当堂双基达标】验证学习情况步骤6：完成“探究3”重在讲解综合应用规律、方法、技巧步骤5：师生互动完成“探究2”方式同完成“探究1”步骤4：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】1(1)密度大的介质就是光密介质．(×)(2)两种介质相比较，折射率大的介质是光密介质．(√)(3)光密介质和光疏介质具有绝对性．(×)1(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)．(4)全反射的应用①全反射棱镜：截面为等腰直角三角形的棱镜，利用全反射改变光的方向．②光导纤维：由折射率较大的内芯和折射率较小的外套组成，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射．2 .思考判断(1)光从密度大的介质射入密度小的介质时一定能发生全反射．(×)(2)光纤通信的主要优点是容量大．(√)3 .探究交流为什么水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮？【提示】水或玻璃中的气泡是光疏介质，光经过水或玻璃照射气泡时，一部分光会发生全反射，相对于其他物体而言，有更多的光反射到人眼中，就好像光是由气泡发出的，因此人眼感觉气泡特别明亮．1 .如何理解光疏介质和光密介质？2 .怎样从折射光线、反射光线的能量变化理解全反射？3 .发生全反射的条件是什么？怎样理解临界角？1 .光疏介质和光密介质的理解(1)对光路的影响：根据折射定律，光由光疏介质射入光密介质(例如由空气射入水)时，折射角小于入射角；光由光密介质射入光疏介质(例如由水射入空气)时，折射角大于入射角．(2)光疏介质和光密介质的比较(3)比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判定谁是光疏介质或光密介质．2 .全反射现象(1)全反射的条件①光由光密介质射向光疏介质．②入射角大于或等于临界角．(2)全反射遵循的规律：发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用．(3)从能量角度来理解全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大．同时折射光线强度减弱，即折射光线能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光的能量等于入射光的能量．(4)临界角①定义：刚好发生全反射(即折射角为90°)时的入射角为全反射的临界角，用C表示．②表达式：光由折射率为n的介质射向真空或空气时，若刚好发生全反射，则折射角恰好等于90°，n＝sin 90°sin C，即sin C＝1n.③不同色光的临界角：不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越高的光的临界角越小，越易发生全反射．1 .光疏介质、光密介质是对确定的两种介质而言的，只对一种介质，无法确定它是光疏介质还是光密介质．2 .分析光的全反射时，关键是根据临界条件画出恰好发生全反射的光路图，再利用几何知识分析边角关系．图13－2－1如图13－2－1所示，一玻璃球体的半径为R ，O 为球心，AB 为直径．来自B 点的光线BM 在M 点射出，出射光线平行于AB ，另一光线BN 恰好在N 点发生全反射．已知∠ABM ＝30°，求(1)玻璃的折射率．(2)球心O 到BN 的距离．【审题指导】 (1)由几何关系确定入射到M 点的光线的入射角和折射角，求出折射率．(2)由全反射知识结合几何关系求出O 到BN 的距离．【解析】 (1)设光线BM 在M 点的入射角为i ，折射角为r ，由几何知识可知，i ＝30°，r ＝60°，根据折射定律得n ＝sin r sin i ①代入数据得n ＝3②(2)光线BN 恰好在N 点发生全反射，则∠BNO 为临界角Csin C ＝1n ③设球心到BN 的距离为d ，由几何知识可知d ＝R sin C ④联立②③④式得d ＝33R ⑤【答案】 (1)3 (2)33R1 .光的反射和全反射均遵循光的反射定律，光路均是可逆的．2 .光线射向两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射，折射角等于90°时，实际上就已经没有折射光线了．1 .某种介质对空气的折射率是2，一束光从该介质射向空气，入射角是60°，则下列光路图中正确的是(图中Ⅰ为空气，Ⅱ为介质)( )【解析】 由题意知，光由光密介质射向了光疏介质，由sin C ＝1n ＝12得C ＝45°＜θ1＝60°，故此时光在两介质的界面处会发生全反射，只有反射光线，没有折射光线，故D 选项正确．【答案】 D1 .全反射棱镜是如何控制光路的？2 .光导纤维的工作原理是什么？3 .“海市蜃楼”和“沙漠蜃景”的成因是什么？1 .全反射棱镜用玻璃制成的截面为等腰直角三角形的棱镜，其临界角约为42°，当光线垂直于直角边或垂直于斜边射入棱镜后，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棱镜后，在斜边处发生一次全反射，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°.2 .光导纤维(1)构造及传播原理图13－2－2光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1 μm ～100 μm 左右，如图13－2－2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、图像．如果把许多(上万根)光导纤维合成一束，并使两端的纤维严格按相同的次序排列，就可以传播图像．(2)光导纤维的折射率图13－2－3设光导纤维的折射率为n ，当入射角为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13－2－3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，即解得n ＝2，以上是光从纤维射向真空时得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比2大些．3 .对“海市蜃楼”的解释图13－2－4(1)气候条件：当大气比较平静且海面与上层空气温差较大时，空气的密度随温度的升高而减小，对光的折射率也随之减小．因海面上的空气温度比空中低，空气的下层比上层折射率大．我们可以粗略地把空中的大气分成许多水平的空气层，如图13－2－4所示．(2)光路分析：远处的景物反射的光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较小的上一层的入射角越来越大，当光线的入射角大到临界角时，就会发生全反射现象，光线就会从高空的空气层中通过空气的折射逐渐返回折射率较大的下一层．(3)虚像的形成：当光线进入人的眼睛时，人总认为光是从反向延长线方向发射而来的，所以地面附近的观察者就可以观察到虚像，且虚像成像在远处的半空中，这就是海市蜃楼的景象．如图13－2－5所示．图13－2－54 .对“沙漠蜃景”的解释(1)气候条件：夏天在沙漠里也会看到蜃景，太阳照到沙地上，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也小．(2)光路分析：从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，也可能发生全反射．(3)虚像的形成：人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒影(图13－2－6)，仿佛是从水面反射出来的一样．沙漠里的行人常被这种景象所迷惑，以为前方有水源而奔向前去，但总是可望而不可及．图13－2－6分析光的全反射、临界角问题要注意：1 .画出恰好发生全反射的光路图．2 .找出临界角，利用几何知识分析线、角关系，进行求解．(2013·大连八中检测)如图13－2－7所示，一根长为L 的直光导纤维，它的折射率为n .光从它的一个端面射入，又从另一端面射出所需的最长时间为多少？(设真空中的光速为c)图13－2－7【审题指导】 (1)光导纤维是全反射现象的应用．(2)要分析所需最长时间的条件是什么．【解析】 由题中的已知条件可知，要使光线从光导纤维的一端射入，然后从它的另一端全部射出，必须使光线在光导纤维中发生全发射．要使光线在光导纤维中经历的时间最长，就必须使光线的路径最长，即光对光导纤维的入射角最小．光导纤维的临界角为C ＝arcsin 1n .光在光导纤维中传播的路程为d ＝L sin C ＝nL .光在光导纤维中传播的速度为v ＝c n .所需最长时间为t max ＝d v ＝nL c n＝n 2L c .【答案】 n 2L c与全反射有关的定性分析和定量计算全反射产生的条件是光从光密介质入射到光疏介质，且入射角大于或等于临界角．涉及的问题如：全反射是否发生、什么范围的入射光才能从介质中射出、折射光覆盖的范围分析、临界角的计算等，都需正确作出光路图，熟练应用几何知识进行分析和计算．2 .空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图13－2－8所示．方框内有两个折射率n＝1.5的玻璃全反射棱镜．下列给出了两棱镜四种放置方式的示意图，其中能产生图13－2－8效果的是()图13－2－8【解析】四个选项产生光路效果如图：则可知B项正确．【答案】 B在厚度为d 、折射率为n 的大玻璃板下表面，有一个半径为r 的圆形发光面，为了从玻璃板的上方看不见这个圆形发光面，可在玻璃板的上表面贴一块圆形纸片，问所贴纸片的最小半径应为多大？【规范解答】 根据题意，作出光路如图所示，图中S 点为圆形发光面边缘上一点，由该点发出的光线能射出玻璃板的范围由临界光线SA 确定，当入射角大于临界角C 时，光线就不能射出玻璃板了．图中Δr ＝d tan C ＝d sin C cos C ，而sin C ＝1n ，则cos C ＝n 2－1n ，所以Δr ＝d n 2－1. 故应贴圆纸片的最小半径R ＝r ＋Δr ＝r ＋d n 2－1. 【答案】 r ＋d n 2－1全反射问题的处理技巧1 .确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质．2 .若光由光密介质进入光疏介质，则根据sin C ＝1n 确定临界角，看是否发生全反射．3 .根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”．4 .运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理，运算及变换，进行动态分析或定量计算．1. 下列说法正确的是()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，在光密介质中的传播速度较小【解析】因为水的折射率为1.33，酒精的折射率为1.36，所以水对酒精来说是光疏介质；由v＝c/n可知，同一束光在光密介质中的速度较小．【答案】BD2. (2013·南京一中检测)一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为a、b两束单色光，其传播方向如图13－2－9所示．设玻璃对a、b的折射率分别为n a和n b，a、b在玻璃中的传播速度分别为v a和v b，则()图13－2－9A．n a>n b B．n a<n b C．v a>v b D．v a<v b【解析】由图可知，a光偏折程度大，则a光折射率大，由v＝cn知，a光速度小，故A、D正确．【答案】AD3 .如图13－2－10所示，一束平行光从真空垂直射向一块半圆形的玻璃砖的底面，下列说法正确的是()图13－2－10A．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处产生全反射【解析】垂直射向界面的光线不发生偏折，因而光束沿直线射向半圆面，其中通过圆心的光线不偏折，由中心向外的光线，在从半圆进入真空时入射角逐渐增大，当入射角大于等于临界角时发生全反射．故正确答案为B、C、D.【答案】BCD4. 光线在玻璃和空气的界面上发生全反射的条件是()A．光从玻璃射到分界面上，入射角足够小B．光从玻璃射到分界面上，入射角足够大C．光从空气射到分界面上，入射角足够小D．光从空气射到分界面上，入射角足够大【解析】发生全反射的条件是光从光密介质射入光疏介质，入射角等于或大于临界角，故只有B项正确．【答案】 B5. 光在某种介质中传播的速度为1.5×108m/s，那么光从此介质射向空气并发生全反射的临界角应为多大？【解析】 由n ＝c v 可得：n ＝3.0×1081.5×108＝2. 再由 sin C ＝1n 可得：sin C ＝12，故C ＝30°.【答案】 30°。
第13章 2 全反射
2 全反射一、全反射1．光密介质和光疏介质光疏介质 光密介质 定义 折射率相对较小的介质折射率相对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(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．光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C 与介质的折射率n 的关系是sin C ＝1n .(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)．二、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．全反射棱镜的特点(1)当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，与平面镜相比，它的反射率很高． (2)反射面不必涂敷任何反光物质，反射时失真小． 2、光导纤维1．原理：利用了光的全反射．2．构造：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． 3．光纤通信的优点是容量大、衰减小、抗干扰性强等．4．光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)密度大的介质就是光密介质．( ) (2)两种介质相比较，折射率大的介质是光密介质．( ) (3)光从密度大的介质射入密度小的介质时一定能发生全反射． ( ) (4)全反射棱镜和平面镜都是根据全反射原理． ( ) (5)光纤通信的主要优点是容量大．( )2．已知水、水晶、玻璃和二硫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 ．从玻璃射入水晶B ．从水射入二硫化碳C ．从玻璃射入水中D ．从水晶射入水E ．从玻璃射入二硫化碳3.一束光从某介质进入真空，方向如图1所示，则该介质的折射率为________；逐渐增大入射角，光线将________(填“能”或“不能”)发生全反射；若使光发生全反射，应使光从________射入________，且入射角大于等于________．4．华裔科学家高锟被誉为“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，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播．内芯的折射率比外套的________，光传播时在内芯与________的界面上发生全反射．全反射1．对光疏介质和光密介质的理解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 ＝2.42)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，不是绝对的．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．例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介质．由v ＝cn 可知：光在光密介质中传播速度比在光疏介质中要小．光在两种介质中传播时，由折射定律可知： n 1sin θ1＝n 2sin θ2，n 1v 1＝n 2v 2，由此可知：当光从光密介质传播到光疏介质时，折射角大于入射角；当光从光疏介质传播到光密介质时，折射角小于入射角．光在光疏介质中传播的速度大于光在光密介质中传播的速度． 2．对全反射的理解(1)全反射是光的折射的特殊现象，全反射现象还可以从能量变化角度加以理解．当光从光密介质射入光疏介质，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，发生了全反射．(2)全反射遵循的规律：光从光密介质进入光疏介质发生全反射时，仍然遵守反射定律，有关计算仍依据反射定律进行． 3．全反射现象(1)全反射的条件：①光由光密介质射入光疏介质．②入射角大于或等于临界角．(2)全反射遵循的规律：①发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律．②全反射的临界角C 和折射率n 的关系：sin C ＝1n.(3)从能量角度来理解全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大．同时折射光线强度减弱，能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光线的能量等于入射光线的能量．4．不同色光的临界角由于不同颜色(频率不同)的光在同一介质中的折射率不同．频率越大的光，折射率也越大，所以不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越大的光的临界角越小，越易发生全反射．例1(多选)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，分别设为界面Ⅰ和界面Ⅱ。
13-2 全反射
第2节全反射学习目标：1.能区分光疏介质和光密介质.2.了解光的全反射现象，知道全反射现象产生的条件.3.知道光导纤维和全反射棱镜，了解它们的应用.4.会计算全反射临界角．一、全反射[课本导读]预习教材第48页～第50页“全反射”部分，请同学们关注以下问题：1．什么是光疏介质和光密介质？它们的传播速度和折射特点是怎样的？2．什么是全反射？什么是临界角？3．发生全反射的条件是什么？4．临界角与折射率的关系是怎样的？[知识识记]1．光疏介质和光密介质2.全反射及发生条件(1)全反射及临界角的概念光从光密介质射入光疏介质时，若入射角增大到某一角度，折射光线完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫全反射，这时的入射角叫临界角．(2)全反射的条件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，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是：sin C＝1 n.二、全反射棱镜[课本导读]预习教材第50页～第51页“全反射棱镜”部分，请同学们关注以下问题：什么是全反射棱镜，全反射棱镜的特点是怎样的？[知识识记]用玻璃制成的截面为等腰直角三角形的棱镜．当光垂直于它的一个界面射入后，光线不发生偏折，在玻璃内部，光射向玻璃和空气的界面时，入射角大于临界角，发生全反射(如图)．全反射棱镜比平面镜的反射率高，几乎可达100%.三、光导纤维[课本导读]预习教材第51页～第52页“光导纤维”部分，请同学们关注以下问题：1．什么是光导纤维？它的构造是怎样的？2．光导纤维导光的原理是怎样的？3．光导纤维还有什么应用？[知识识记]1．光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套大，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，如图所示．2．应用：光纤通讯、医学上的内窥镜．1．折射率越大的介质临界角越大．()[答案]×2．两种介质相比较，折射率大的介质是光密介质．()[答案]√3．光密介质和光疏介质具有绝对性．()[答案]×4．折射率越大的介质，光在其中传播的速度越大．()[答案]×5．折射率越大，介质密度越大．()[答案]×要点一全反射——概念辨析型[合作探究]1．为什么水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮？提示：水或玻璃中的气泡是光疏介质，光经过水或玻璃照射气泡时，一部分光会发生全反射，相对于其他物体而言，有更多的光反射到人眼中，就好像光是由气泡发出的，因此人眼感觉气泡特别明亮．2．[思考与讨论]——教材P49既然光由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角，可以预料，当入射角增大到一定程度，但还没有达到90°时，折射角就会增大到90°.如果入射角再增大，会出现什么现象？画几张草图可能有助于思考．提示：折射光线消失，只剩下反射光线．[知识精要]1．对光疏介质和光密介质的理解(1)光疏介质和光密介质是两种介质的折射率大小相比较而言的，并没有绝对的意义．例如：水晶(n＝1.55)对玻璃(n＝1.5)而言，是光密介质，而水晶对金刚石(n＝2.42)而言，就是光疏介质．(2)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．例如，酒精的密度比水小，但酒精(n＝1.36)对水(n＝1.33)而言，是光密介质．(3)由v＝cn可知：光在光密介质中传播速度比在光疏介质中要小．2．对全反射的理解(1)全反射的条件：①光由光密介质射向光疏介质；②入射角大于或等于临界角．(2)从能量变化角度对全反射加以理解．当光从光密介质射入光疏介质，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量(强度)逐渐增强，折射光的能量(强度)逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，发生了全反射．(3)全反射遵循的规律：光从光密介质进入光疏介质发生全反射时，仍然遵守反射定律，有关计算仍依据反射定律进行，但折射定律不再适用．3．解决全反射问题的一般方法(1)确定光是从光密介质进入光疏介质．(2)应用sin C＝1n确定临界角．(3)抓住特殊光线的分析，关键是找出边界光线．如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．[题组训练]1．(对光疏和光密介质的理解)(多选)下列说法正确的是()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，在光密介质中的传播速度较小[解析]因为水的折射率为1.33，酒精的折射率为1.36，所以水对酒精来说是光疏介质；由v＝cn可知，光在光密介质中的传播速度较小，故选项BD正确．[答案]BD2．(反射光的强度与入射角的变化关系)(多选)当光从光密介质射向光疏介质时()A．反射光线的强度随入射角的增大而减小B．折射光线的强度随入射角的增大而减小C．当入射角等于临界角时，折射光线的强度等于零D．当入射角等于零时，反射光线的强度等于零[解析]反射光的强度随入射角的增大而增大，折射光的强度随入射角的增大而减小，当入射角等于临界角时，从光密介质射向光疏介质中的光线恰好发生全反射，故折射光线的强度等于零，故选项BC正确．[答案]BC3．(发生全反射的条件)(多选)光从一种介质射到另一种介质时，全反射发生在()A．折射率较小的介质中B．折射率较大的介质中C．光速较小的介质中D．入射角小于临界角[解析]光从光密介质射到光疏介质才可能发生全反射，全反射发生在折射率较大、光速较小的介质中，故选项BC对．[答案]BC4．(全反射的计算)如图所示，一玻璃球体的半径为R，O为球心，AB为直径．来自B点的光线BM在M点射出，出射光线平行于AB，另一光线BN恰好在N点发生全反射．已知∠ABM＝30°，求：(1)玻璃的折射率；(2)球心O到BN的距离．[解析](1)设光线BM在M点的入射角为i，折射角为r，由几何知识可知，i＝30°，r＝60°，根据折射定律得n＝sin r sin i①代入数据得n＝3②(2)光线BN恰好在N点发生全反射，则∠BNO为临界角Csin C＝1 n③设球心到BN的距离为d，由几何知识可知d＝R sin C④联立②③④式得d＝3 3R[答案](1)3(2)3 3R要点二全反射现象的特例分析——特例分析型[合作探究]同学们见过或听说过海市蜃楼和沙漠蜃景吗？它们是如何形成的呢？提示：它们是光的反射现象．[知识精要]1．海市蜃楼当大气比较平静且海面与上层空气温差较大时，空气的密度随温度的升高而减小，对光的折射率也随之减小．因海面上的空气温度比空中低，空气的下层比上层折射率大．我们可以粗略地把空中的大气分成许多水平的空气层，如图所示．远处景物反射的光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较小的上一层的入射角越来越大，当光线的入射角大到临界角时，就会发生全反射现象，光线就会从高空的空气层中通过空气的折射逐渐返回折射率较大的下一层．当光线进入人的眼睛时，人总认为光是从反向延长线的方向发射而来的，所以地面附近的观察者就可以观察到虚像，且成的虚像在远处的半空中．这就是海市蜃楼的景象，如图所示．2．沙漠蜃景夏天在沙漠里有时会看到蜃景，太阳照到沙地上，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也小．从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，也可能发生全反射．人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒影(图)，仿佛是从水面反射出来的一样．沙漠里的行人常被这种景象迷惑，以为前方有水源而奔向前去，但总是可望而不可即．[题组训练]1．(光的全反射)(多选)以下哪些现象是由于光的全反射形成的()A．在岸上能看见水中的鱼B．夜晚，湖面上映出了岸上的彩灯C．夏天，海面上出现的海市蜃楼D．水中的气泡看起来特别明亮[答案]CD2．(光的全反射)(多选)下列叙述中正确的是()A．背对阳光看玻璃球觉得比较明亮，主要原因是光在球中发生全反射B．雨过天晴时，空中出现的彩虹是因为阳光在水滴的表面上反射而形成的C．常看到倒扣在水中的空玻璃杯显得很明亮，原因与水中上升的气泡很亮的原因是一样的D．以上判断均不正确[解析]背对阳光看玻璃球比较明亮，是光在玻璃球中发生全反射；彩虹是因为阳光在水滴中折射形成的；C项中现象的成因是光在介质表面发生了全反射，A、C项正确．[答案]AC要点三全反射现象的应用——应用型[合作探究]〔做一做〕——教材P53水流导光将塑料瓶下侧开一个小孔，瓶中灌入清水，水就从小孔流出．将激光水平射向塑料瓶小孔(如教材图13.2－10所示，激光可由激光笔产生)，观察光的传播路径．提示：观察到整个水流都亮了，这是因为水流相当于光导纤维，激光在水柱与空气交界面上多次发生全反射．[知识精要]1．对全反射棱镜光学特性的两点说明(1)当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，与平面镜相比，它的反射率很高．其效率和清晰度都优于平面镜．(2)反射时失真小，两种反射情况如图甲、乙所示．2．光导纤维的结构与应用光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1～100μm，由内芯和外套两层组成(如图所示)，内芯折射率比外套大，光在内芯中传播时，在内芯与外套的界面发生全反射，有效减小了光的能量损失，极大提高了传播的质量，实现了远距离传送．因此，光信号能携带着数码信息、电视图象、声音等沿着光纤传播到很远的地方，实现光纤通信．其主要优点是容量大，衰减小，抗干扰性强等．医学上用光导纤维制成内窥镜，用来检查人体的胃、肠等器官内部，如图所示．[题组训练]1．(对光纤的理解)光导纤维的结构如图所示，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()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．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[解析]光导纤维内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射，从而使载有声音、图象以及各种数字信号的激光在光纤中远距离传递，故只有A对．[答案]A2．(对光纤的理解)关于光纤的说法，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，因为弯曲的光纤是不能传导光的[解析]光导纤维的作用是传导光，它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝，且由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大．载有声音、图象及各种数字信号的激光传播时，在内芯和外套的界面上发生全反射，光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强等特点．在实际应用中，光纤是可以弯曲的．所以，正确选项是C.[答案]C课堂归纳小结[知识体系][本节小结]1．光疏介质和光密介质．2．对全反射的理解(1)全反射的条件：①光由光密介质射向光疏介质；②入射角大于或等于临界角．(2)从能量变化角度对全反射加以理解．(3)光从光密介质进入光疏介质发生全反射时，仍然遵守反射定律，有关计算仍依据反射定律进行，但折射定律不再适用．3．全反射现象的特例分析(要点二题组训练1,2)(1)海市蜃楼；(2)沙漠蜃景．4．全反射现象的应用：全反射棱镜与光导纤维.。
13-2全反射
朔城区一中高二年级物理导学案班级＿＿姓名＿____ 学生使用时间 2014年＿月＿日第＿周一、课时目标要求、重点、难点：重点:解释全反射现象难点:能判断是否发生全反射,并能进行相关计算二、基础知识梳理：1.光疏介质和光密介质2.全反射现象(1)全反射现象: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.(2)临界角:折射角为90°时的入射角,用C表示.(3)发生全反射的条件: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.(4)折射率与临界角的关系:sin C=1 n.三、问题探究：则其临界角C等于多少?四、典例剖析：【例题】一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯,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43,求sin α的值.五、实战演练：1.关于全反射,下列说法中正确的是( )A.发生全反射时,仍有折射光线,只是折射光线非常弱,因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线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,不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,在界面发生全反射2.光在某种介质中的传播速度为1.5×108 m/s,光从此介质射向空气并发生全反射时的临界角是( )A.15°B.30°C.45°D.60°3.一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气,在界面上的入射角为45°.下列四个光路图中,正确的是( )4.光导纤维的结构如图所示.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( )A.内芯的折射率比外套大,光传播时在内芯与外套的界面发生全反射B.内芯的折射率比外套小,光传播时在内芯与外套的界面发生全反射C.内芯的折射率比外套小,光传播时在内芯与外套的界面发生折射D.内芯的折射率与外套相同,外套的材料有韧性,可以起保护作用5.如图所示,置于空气中的厚玻璃砖,AB、CD分别是玻璃砖的上、下表面,且AB∥CD,光线经AB表面射向玻璃砖时,入射角为θ1,折射光线射到CD表面时,下列说法正确的是( )①不可能发生全反射②有可能发生全反射③只要入射角θ1足够大就能发生全反射④不知玻璃的折射率,无法判断A.只有①正确B.②,③正确C.②,③,④正确D.只有④正确6.已知某玻璃对红光的折射率比对蓝光的折射率小,则两种光( )A.在该玻璃中传播时,蓝光的速度较大B.以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中,蓝光折射角较大C.从该玻璃中射入空气发生全反射时,红光临界角较大D.从该玻璃中射入空气发生全反射时,蓝光临界角较大六、反思总结：。
第十三章 2 全反射
2 全反射[学习目标] 1.知道什么是光疏介质和光密介质，理解它们具有相对性.2.理解全反射现象，掌握临界角的概念和全反射的条件.3.利用全反射条件，应用临界角公式解答相关问题.4.了解全反射棱镜和光导纤维．一、全反射1．光疏介质和光密介质(1)光疏介质：折射率较小(填“大”或“小”)的介质． (2)光密介质：折射率较大(填“大”或“小”)的介质． (3)光疏介质与光密介质是相对(填“相对”或“绝对”)的． 2．全反射现象(1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射．若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．(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，光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C 与介质的折射率n 的关系是sin C ＝1n .(3)全反射发生的条件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． 二、全反射棱镜1．形状：截面为等腰直角三角形的棱镜． 2．全反射棱镜的特点(1)当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，与平面镜相比，它的反射率很高．(2)反射面不必涂敷任何反光物质，反射时失真小． 三、光导纤维1．原理：利用了光的全反射．2．构造：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．3．光纤通信的优点是容量大、衰减小、抗干扰性强等．4．光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等．1．判断下列说法的正误．(1)入射角大于临界角就会发生全反射现象．( × ) (2)光密介质是指密度大的介质．( × )(3)制作全反射棱镜的材料的折射率一定大于 2.( × )(4)光在光导纤维中的传播速度小于光在真空中的传播速度c .( √ )2．一束光从某介质进入真空，方向如图1所示，则该介质的折射率为________；逐渐增大入射角，光线将________(填“能”或“不能”)发生全反射；若使光发生全反射，应使光从________射入________，且入射角大于等于________．图1答案2 能 介质 真空 45°一、全反射当光从水中射向与玻璃的交界面时，只要入射角足够大就会发生全反射，这种说法正确吗？为什么？答案 不正确．要发生全反射必须是光从光密介质射向光疏介质．而水相对玻璃是光疏介质，所以不管入射角多大都不可能发生全反射．1．全反射的条件(1)光由光密介质射入光疏介质． (2)入射角大于或等于临界角． 2．全反射遵循的规律(1)发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律． (2)全反射的临界角C 和折射率n 的关系：sin C ＝1n .3．从能量角度来理解全反射当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大．同时折射光线强度减弱，能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光线的能量等于入射光线的能量． 4．不同色光的临界角由于不同颜色(频率不同)的光在同一介质中的折射率不同．频率越大的光，折射率也越大，所以不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越大的光的临界角越小，越易发生全反射．例1 某种介质对空气的折射率是2，一束单色光从该介质射向空气，入射角是60°，则下列光路图中正确的是(图中Ⅰ为空气，Ⅱ为介质)( )答案 D解析 由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sin C ＝1n ＝22，得C ＝45°＜θ＝60°，故在两介质的界面上会发生全反射，只有反射光线，没有折射光线，故选项D 正确． 二、全反射棱镜如图2所示，已知玻璃的折射率为1.5，甲图中当光线垂直BC 面入射时，光线到达AC 面的入射角是多少？能否发生全反射？乙图中当光线垂直AC 面入射时，光线到达AB 面的入射角是多少？能否发生全反射？图2答案 45° 能发生全反射 45° 能发生全反射全反射棱镜改变光路的几种情况入射方式项目方式一方式二方式三光路图入射面AB AC AB全反射面AC AB、BC AC光线方向90°180°0°(发生侧移)改变角度例2空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图3所示．方框内有两个折射率n＝1.5的全反射玻璃棱镜．下列选项给出了两棱镜的四种放置方式的示意图．其中能产生图中效果的是()图3答案 B解析四个选项的光路图如图所示：可知B项正确．三、光导纤维如图4所示是光导纤维的结构示意图，其内芯和外套由两种光学性能不同的介质构成．构成内芯和外套的两种介质，哪个折射率大？为什么？图4答案内芯的折射率大．因为当内芯的折射率大于外套的折射率时，光在传播时才能发生全反射，光线经过多次全反射后能从一端传到另一端．1.构造及传播原理(1)构造：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有几微米到一百微米，如图5所示，它是由内芯和外套两层组成的，内芯的折射率大于外套的折射率．图5(2)传播原理：光由一端进入，在内芯与外套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信号，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像等． 2．光导纤维的折射率设光导纤维的折射率为n ，当入射角为θ1时，进入光导纤维的光线传到侧面恰好发生全反射，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6可知：当θ1增大时，θ2增大，由光导纤维射向空气的光线的入射角θ减小，当θ1＝90°时，若θ＝C ，则所有进入光导纤维中的光线都能发生全反射，解得n ＝ 2.图6以上是光从光导纤维射向真空时得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比2大些．例3 如图7所示，AB 为一直光导纤维，A 、B 之间距离为s ，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射，由A 点传输到B 点所用时间为t ，求光导纤维所用材料的折射率n .(已知光在真空中的传播速度为c )图7答案ct s解析 设光导纤维所用材料的折射率为n ，恰好发生全反射，则有 sin α＝sin C ＝1n ，n ＝c v ，t ＝s sin αv ＝sv sin α由以上三式解得n ＝ct s.注意挖掘题目中隐含条件，“恰好”“刚好”暗含的条件是入射角等于临界角. 四、全反射的应用 解决全反射问题的思路1．确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质．2．若光由介质进入空气(真空)时，则根据sin C ＝1n 确定临界角，看是否发生全反射．3．根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”．4．运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理、运算及变换．例4 一厚度为h 的大平板玻璃水平放置，其下表面贴有一半径为r 的圆形发光面．在玻璃板上表面放置一半径为R 的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上．已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折射率． 答案1＋(h R －r)2解析 如图所示，从圆形发光面边缘的A 点发出的一条光线射到玻璃板上表面A ′点恰好发生全反射，则有sin C ＝1n又由几何关系：sin C ＝L L 2＋h 2其中L ＝R －r 联立以上各式解得n ＝L 2＋h 2L＝1＋(h R －r)2.1.(对全反射的理解)(多选)如图8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，均由空气沿半圆半径方向射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置．下列说法正确的是()图8A．假若三条光线中只有一条在O点发生了全反射，那一定是光线aOB．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，那么光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度大答案ACD解析在玻璃砖直径界面，光线aO的入射角最大，光线cO的入射角最小，它们都是从光密介质射向光疏介质，都有发生全反射的可能．如果只有一条光线发生了全反射，那一定是光线aO，因为它的入射角最大，所以选项A对；假若光线bO能发生全反射，说明它的入射角等于或大于临界角，光线aO的入射角更大，所以，光线aO一定能发生全反射，光线cO的入射角可能大于或等于临界角，也可能小于临界角，因此，光线cO不一定能发生全反射，所以选项B错，C对；假若光线aO恰能发生全反射，则光线bO和光线cO都不能发生全反射，但光线bO的入射角更接近于临界角，所以，光线bO的反射光线比光线cO的反射光线强，即光线bO的反射光线亮度比光线cO的反射光线亮度大，所以D对．2．(全反射棱镜)自行车上的红色尾灯不仅是装饰品，也是夜间骑车的安全指示灯，它能把来自后面的光照反射回去．某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角棱镜(折射率n>2)组成，棱镜的横截面如图9所示．一平行于横截面的光线从O点垂直AB边射入棱镜，先后经过AC和CB边反射后，从AB边的O′点射出，则出射光线是()图9A．平行于AC边的光线①B．平行于入射光线的光线②C．平行于CB边的光线③D ．沿AB 边的光线④ 答案 B解析 由题意可知，棱镜的折射率n >2，且sin C ＝1n ，得临界角小于45°，由题图可得，光线从空气进入棱镜．因入射角为0°，所以折射光线不偏折．当光线从棱镜射向空气时，入射角等于45°，发生全反射，根据几何关系，结合光路可逆可知，出射光线是②，即平行于入射光线，故B 正确，A 、C 、D 错误．3．(光导纤维)(多选)下列关于光导纤维的说法正确的是( ) A ．光导纤维利用了全反射原理B ．光导纤维内芯的折射率大于外套的折射率C ．光导纤维内芯的折射率小于外套的折射率D ．医学上用光导纤维制成内窥镜，用来检查人体胃、肠等脏器的内部 答案 ABD4．(全反射的应用)在桌面上有一个倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面相接触，圆锥的轴(图中虚线)与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图10所示，有一半径为r ＝0.1 m 的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的底面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合，已知玻璃的折射率为n ＝ 3.真空中光速c ＝3×108 m/s ，则：图10(1)通过计算说明光线1能不能在圆锥的侧面B 点发生全反射；(2)光线1经过圆锥侧面B 点后射到桌面上某一点所用的总时间是多少？(结果保留三位有效数字)答案 (1)能 (2)1.58×10－9 s 解析 (1)sin C ＝1n ，得C ＝arcsin33＜α＝60°，所以光线1能在圆锥的侧面B 点发生全反射．(2)根据几何关系知BE ⊥OM ，则光线垂直OM 射出，不改变传播方向． OB ＝OF ＝AB ＝2r ，则BE ＝EF ＝3r所以，总时间t＝BE c n ＋EFc ≈1.58×10－9 s.考点一 对全反射的理解1．关于全反射，下列叙述中正确的是( )A ．发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非常弱B ．光从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象C ．光从光密介质射向光疏介质时，可能不发生全反射现象D ．光从光疏介质射向光密介质时，可能发生全反射现象 答案 C解析 发生全反射时折射光线消失，所以选项A 错误；发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角，二者缺一不可，所以选项B 、D 错误，选项C 正确． 2．(多选)下述现象哪些是由于全反射造成的( ) A ．露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下格外明亮 B ．直棒斜插入水中时呈现弯折现象C ．口渴的沙漠旅行者，往住会看到前方有一潭晶莹的池水，当他们喜出望外地奔向那潭池水时，池水却总是可望而不可及D ．在盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管，看到试管壁特别明亮 答案 ACD3.(多选)如图1所示，ABCD 是两面平行的透明玻璃砖，AB 面和CD 面是玻璃和空气的分界面，分别设为界面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，如果改变光线到达界面Ⅰ时的入射角，则( )图1A．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．不管入射角多大，光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象答案CD解析在界面Ⅰ上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，都不可能发生全反射现象，则选项C正确；在界面Ⅱ上光由玻璃进入空气，是由光密介质进入光疏介质，但是，由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行，光由界面Ⅰ进入玻璃后再到达界面Ⅱ，在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角，入射角总是小于临界角，因此也不会发生全反射现象，选项D正确．考点二全反射棱镜4.自行车尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间行驶时，从后面开来的汽车发出的强光照在自行车尾灯上，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车．尾灯由透明介质做成，其外形如图2所示．下列说法中正确的是()图2A．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射B．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射C．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射D．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射答案 B5．如图3所示的等腰直角三角形表示三棱镜．光线垂直于一个面入射，在底面上发生全反射，由此可知棱镜的折射率不可能是()图3A．1.7 B．1.8C．1.5 D．1.36答案 D解析光线射向底边的入射角为45°，因为发生全反射，所以临界角要小于或等于45°，故n ≥2，D 不可能． 考点三 光导纤维6．光导纤维的结构如图4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( )图4A ．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 ．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 答案 A解析 光导纤维内芯的折射率大于外套的折射率，光由内芯射向外套时，在其界面处发生全反射，从而使光在内芯中传播，A 对．7．光导纤维技术在现代生产、生活与科技方面得以广泛应用．如图5所示是一个质量分布均匀的有机玻璃圆柱的横截面，O 点为圆心，B 、C 为圆上两点，一束单色光沿AB 方向射入，然后从C 点射出，已知∠ABO ＝127°，∠BOC ＝120°，真空中光速c ＝3×108 m/s ，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6.则( )图5A ．光在该有机玻璃中传播速度为1.875×108 m/sB ．光在该有机玻璃中的折射率为1.8C ．光在该有机玻璃中发生全反射的临界角为53°D ．若将该材料做成长300 km 的光导纤维，此单色光在光导纤维中传播的最短时间为1×10－3 s 答案 A解析 根据折射定律得：n ＝sin (180°－127°)sin 30°＝0.80.5＝1.6，则光在该有机玻璃中传播的速度为v＝c n ＝3×1081.6 m /s ＝1.875×108 m/s ，故A 正确，B 错误；根据sin C ＝1n 得，sin C ＝11.6＝0.625<sin53°，所以发生全反射的临界角不是53°，故C 错误；当光线与光导纤维平行时，传播的时间最短，则传播的最短时间t ＝L v ＝nL c ＝1.6×3×1053×108 s ＝1.6×10－3 s ，故D 错误．8．(2019·三亚华侨学校高二期末)如图6所示，一束单色光沿半圆柱形玻璃砖的半径垂直ab 面入射，有光线从ab 面射出．以O 点为圆心，将玻璃砖缓慢转过θ角时，恰好没有光线从ab 面射出，则该玻璃砖的折射率为( )图6A.1sin θ2B.1sin θC.1sin 2θD.12sin θ答案 B解析 由题可知，将玻璃砖缓慢转过θ角时，恰好没有光线从ab 面射出，说明光线发生了全反射，此时的入射角等于临界角，即有i ＝C ，由几何关系知入射角i ＝θ，又sin C ＝1n ，则n＝1sin C ＝1sin θ，只有B 项正确． 9．如图7所示，一个透明玻璃球的折射率为2，一束足够强的细光束在过球心的平面内，以45°入射角由真空射入玻璃球后，在玻璃球与真空的交界面处发生多次反射和折射，从各个方向观察玻璃球，能看到从玻璃球内射出的光线的条数是( )图7A ．2B ．3C ．4D ．5 答案 B解析 设光在该玻璃球中发生全反射的临界角是C ，则sin C ＝1n ＝22，解得C ＝45°；光在玻璃球中的折射率n ＝sin 45°sin θ，解得θ＝30°.光路图如图所示，所以共3条光线射出玻璃球．10．(2019·菏泽市高二检测)如图8，一个三棱镜的截面为等腰直角三角形ABC ，∠A 为直角．此截面所在平面内的光线沿平行于BC 边的方向射到AB 边，进入棱镜后直接射到AC 边上，并刚好能发生全反射．该棱镜材料的折射率为( )图8A.62 B. 2 C.32D. 3 答案 A解析 光路图如图所示，由折射定律知n ＝sin 45°sin r ，光线进入棱镜后在AC 边恰好发生全反射，sin C ＝1n，由几何关系： C ＝90°－r 解以上三式得n ＝62，选项A 正确． 11．(2019·沈阳市高二检测)如图9是一个14圆柱体棱镜的截面图，图中E 、F 、G 、H 将半径OM 分成5等份，虚线EE 1、FF 1、GG 1、HH 1平行于半径ON ，ON 边可吸收到达其上的所有光．已知该棱镜的折射率n ＝53，若平行光束垂直入射并覆盖OM ，则光( )图9A ．不能从圆弧NF 1射出B ．只能从圆弧NG 1射出C ．能从圆弧G 1H 1射出D ．能从圆弧H 1M 射出答案 B解析 由临界角公式得到sin C ＝1n ＝35.设圆弧的半径为R ，R sin C ＝35R ，则由题可知，当光从G 点入射到圆弧面G 1点时，恰好发生全反射．当入射点在G 1的右侧时，入射角大于临界角，将发生全反射，光将不能从圆弧射出．当入射点在G 1的左侧时，入射角小于临界角，不发生全反射，光将从圆弧面射出．所以光只能从圆弧NG 1射出．故选项B 正确．12．(2019·江苏卷)如图10所示，某L 形透明材料的折射率n ＝2.现沿AB 方向切去一角，AB 与水平方向的夹角为θ.为使水平方向的光线射到AB 面时不会射入空气，求θ的最大值．图10答案 60°解析 水平方向的光线射到AB 面时，入射角为α，不射入空气，则在AB 面发生全反射，α≥C .恰好发生全反射时：sin C ＝1n ＝12，得C ＝30°.又α＋θ＝90° 得θ≤60°故θ的最大值为60°.13．(2020·江苏高二期末)湖面上有一伸向水面的混凝土观景台，如图11所示是其截面图．观景台下表面恰好和水面相平，A 为观景台右侧面在湖底的投影，水深h ＝4 m ．一位身高1.8 m的游客在距离观景台右侧边缘2.4 m 处，正好看到距离观景台右侧面x ＝3 m 处的水面下方的P 点，P 为一单色点光源．图11(1)求该单色光在水中的折射率；(2)若将此光源竖直向上移动到接近水面时，观景台上的B 点处再也没有光线射出，求点光源至少需要向上移动多少米？ 答案 (1)43(2)(4－7) m解析 (1)根据题意画出光路图，根据几何关系得：sin i ＝45，sin r ＝35则该单色光在水中的折射率为：n ＝sin i sin r ＝43；(2)设光源离水面的距离为l 时，观景台上的B 点处恰好没有光线射出，此时入射角为C ，则有sin C ＝1n ＝34根据几何关系得：l ＝xtan C联立解得l ＝7 m所以点光源至少需要向上移动(4－7) m.14．(2020·广西高二期末)如图12所示，AOB 是由某种透明物质制成的半径为R 的14圆柱体横截面(O 为圆心)，透明物质折射率为 2.今有一束平行光以45°的入射角从真空射向柱体的OA 平面，这些光线中有一部分不能从柱体的AB 面上射出，设凡射到OB 面的光线全部被吸收，也不考虑OA 面的反射．求：图12(1)从AO 面射入透明物质的折射角；(2)光线从透明物质射向真空时发生全反射的临界角； (3)AB 面上能射出光线的部分的弧长． 答案 (1)30° (2)45° (3)πR4解析 (1)如图所示：从O 点射入的光线，折射角为r ，根据折射定律有：n ＝sin 45°sin r解得：r ＝30°； (2)由临界角公式得： sin C ＝1n ＝22故临界角为：C ＝45°；(3)设光线从某位置P 点入射的光线，折射到AB 面上Q 点时，入射角恰等于临界角C ，△PQO 中：α＝180°－90°－C －r ＝15°，所以能射出光线的区域对应的圆心角为：β＝90°－α－r ＝45°，即π4，则能射出光线的部分的弧长：s ＝βR ＝πR4.。
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( 例题4)如图所示，一束光以45°的入射角从空 气投射到三棱镜的一个侧面上，在棱镜上发生折 射，折射光线与棱镜该侧面成60°角，并在棱镜 另一侧面上恰好发生全反射。由此可知，该棱镜 材料的折射率为________，该棱镜的顶角θ的大 √2 750 小为____
知识结构
1、定义：（当光从玻璃射向空气时，一部分光从分界面上折 射到空气中，一部分光反射回玻璃内，逐渐增大入射角，会 看到折射光离法线越来越远，而且越来越弱，反射光却越来 越强。）当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时， 折射光线完全消失，只剩下反射光，这种现象叫做全反射。 2、在研究全反射现象中，刚好发生全反射，即折射角等于 90°时的入射角是一个很重要的物理量，叫做临界角C。 3、临界角C是折射角等于90°时的入射角，据折射定律及光 路可逆性可计算出光从介质射入空气时,C和折射率的关系：
1 水的折射率为1.33 所以C=48.80 sin C n
则有圆锥顶角θ=2C=97.60
C
小 结
1、光疏介质、光密介质 定义 2、全反射 临界角C
1 sin C n
全反射的产生条件 海市蜃楼
3、全反射原理的应用实例
全反射棱镜 光导纤维
解题指导
[例题1]光在某种介质中的传播,介质的折射
sin 1 sin 2
n：叫该介质的折射率
生活中有很多跟光有关的有趣的自然 现象 • 比较不容易看到的有:
• 黄山市新安江上出现海市蜃楼奇观实拍.flv 沙漠海市蜃楼.rm
• 比较容易看到的有:
• 路面全反射.mpg • 水珠.mpg
实验
59、光的全反 射.flv
实验1：一束激光从空气射向半圆形玻璃砖的直角边A的圆心O。
① 光从光密介质进入光疏介质；
② 入射角等于或大于临界角．
思考:光从玻璃介质射向水中会发生 全 反射吗?
全反射原理在生活中的应用 及对奇妙自然现象的解释
海市蜃楼
C
蜃景.swf
全反射棱镜
全反射原理在生活中的应用 及对奇妙自然现象的解释
A
横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜 1、光线由AB面垂直入 射 在AC面发生全反射， 垂直由BC面出射．
变化90 °
B
C
A
2、光线由AC面垂直 入射
在AB、 BC面发生两次全 变化180 ° 反射，垂直由AC面出射．
B
全反射棱镜
缩短镜筒的长度
在光学仪器里，常用全反射棱镜来代替平面镜， 改变光的传播方向．望远镜为了提高倍数，镜筒要很 长，通过使用全反射棱镜能够缩短镜筒的长度．
全反射棱镜
提高反射率
一般的平面镜都是在玻璃的后面镀银， 但是银面容易脱 落．因此对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜 等，就需要用全反射棱镜代替平面镜．与平面镜相比,它的质的折射率不同，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．
N N θ1
空气 介质2
A
θ1
O θ2
空气 介质 1
θ2
＞ θ3 n2
A
n１ ＜
O
θ3
N'
B
介质1相对介质2是光疏介质
N'
B
介质1与介质2相对空气都是光密介质
光疏介质和光密介质是相对的．
发生全反射的条件
率为2，若要使光从此介质射向真空时发生 全反射，则入射角不可能的值是：[ A ]
A. 150 C. 450
B. 300 D. 600
(例题2)某介质的折射率为√2，一束光从介质 射向空气，入射角为60°，如图1所示的哪 D 个光路图是正确的?[ ]
(例题3)劣质的玻璃中往往含有气泡.这些 空气泡看上去比较亮,对这一现象有下列 不同的解释,其中正确的是( D ) A空气泡对光线有聚集作用,因而较亮. B.空气泡对光线有发散作用.因而较亮. C.从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分 发生全反射,因而较亮. D.从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分 发生全反射,因而较亮.
潜望镜
在实际的 潜望镜里 用全反射 棱镜代替 平面镜
潜望镜.mpg
全反射原理在生活中的应用 及对奇妙自然现象的解释
结构： 包层与内芯
光导 纤维
原理：光的全反射 应用 光纤通信 光纤潜望镜 内窥镜
光导纤维的用途很大，医学上将其制成内窥镜， 用来检查人体内脏的内部
内窥镜的结构
光导纤维在 医学上的应用
光导纤维
内窥镜
光导纤维的用途很大，通过它可以实现光纤通信．
光纤
光纤通信的主要优点是容量大、衰 减小、抗干扰性强．虽然光纤通信的发 展历史只有20多年的，但是发展的速度 是惊人的．
全反射原理在生活中的应用及对奇妙自然现象的解释
在潜水员看来，岸上的所有景物，都出现在一个 倒立的圆锥里，为什么？这个圆锥的顶角是多大？
实验2：一束激光从空气射向半圆形玻璃砖的半圆面。
思考:两者有何异同点?
全反射现象:
光由一种透明介质射到另一透明 介质,光线不发生折射，而全部返回到 原介质中的传播现象叫全反射现象
问:是否只有玻璃才能发生全反射呢?
从以上的实验中,我们可以得到什 么结论呢?什么情况下发生了全反 射?
• 1 光从玻璃(或水)介质到空气 • 2 入射角要大于某个值
物理选修3-4
光的全反射
要点回顾
一、光线由一种介质射向另一种介质时，在两种介质的 界面要发 反射和折射 ，其传播方向 遵从反射定律和折射定律 。
二、对于入射角的正弦与折射角的正弦的比值为一常数 用公式表示： k= sin
1
sin 2
三、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 n=
sin 900 1 n sin C sin C
1 , 即： sin C n
②入射角≥ 临界角
4、产生全反射现象的条件： ①光从光密介质射入光疏介质