《光的全反射》课件1

3 光的全反射
1．知道什么是光疏介质，什么是光密介质． 2．理解光的全反射. 3．理解临界角的概念，能判断是否发生全反射，并能解决有关的
问题． 4．知道光导纤维及其应用．
一、 全反射现象
光在其中传播的速度较小的介质，即折射率 较大 的介质叫 光密 介质；光在其中传播的速度较大的介质，即折射率较小的 介质叫 光疏 介质；
【变式1】
当光从光密介质射入光疏介质时
( )．
A．反射光的强度随入射角的增大而减小
B．折射光的强度随入射角的增大而减小
C．当入射角等于临界角时，折射光反射光的强度等于零
解析 反射光的能量随入射角的增大而增大，折射光的能量
随入射角的增大而减小；当入射角等于或大于临界角时，则
：光从 光密 介质进入 光疏 介质，光全部被反 射回原介质中去的现象．
二、全反射条件 全反射的条件 (1)光从光密介质射入光疏介质； (2)入射角大于临界角． 临界角 C 临界角：折射角等于 90°时的入射角称为临界角 C. 临界角公式 sin C＝n1
三、全反射的应用－光导纤维 光导纤维的构造：光纤有内、外两层材料，其中内层是 光密 介 质，外层是 光疏 介质． 光导纤维的原理：光在光纤中传播时，每次射到内、外两层材 料的界面，都要求入射角 大于临界角，从而发生 全反射 ．这 样使从一个端面入射的光，经过多次全反射能够没有损失地全 部从另一个端面射出．
角度加以理解．当光线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． 发生全反射的条件 光线从光密介质射向光疏介质；入射角大于或等于临界角．
全反射遵循的规律 光由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． 对“海市蜃楼”的解释 由于空中大气的折射和全反射，会在空中出现“海市蜃楼”．在 海面平静的日子，站在海滨，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．这种景象的出现是有原因 的．
发生全反射现象，折射光的能量为零，故B、C正确．
答案 BC
光导纤维的工作原理分析及应用
【典例2】 2009年10月6日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，
将2009年诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家高锟以及美国
图4-3-3
由图可知：当 i 增大时，r 增大，而从纤维射向空气中光线的入射 角 θ 减小，当 i＝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°＝ n2－1，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．
图4-3-1
图4-3-2
三、当光导纤维的折射率为多大时，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，当入射光线入射角为 i 时，进入端
面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图 4-3-3 所示，
则有
sin C＝n1，n＝ssiinn ri，C＋r＝90°，
由以上各式可得 sin i＝ n2－1.
光疏介质和光密介质的比较 光疏介质和光密介质的比较表
光的速度 折射率
光疏介质 大
小
光密介质 小
大
特别提醒 光疏介质、光密介质是对确定的两种介质而言的．任何 两种透明介质都可以通过比较光在其中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．
二、全反射现象 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
一、光疏介质和光密介质 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，而对金刚石来说(n＝ 2.427)，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． ，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． ，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．
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，海面上空的空气温度比空中低，空气的折射 率下层比上层大．我们可以粗略地把空气中的大气分成许多水平 的空气层，如图4-31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．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 率较低的下一层．在地面附近的观察者就可以观察到由空中射来 的光线形成的虚像．这就是海市蜃楼的景象．如图4-3-2所示．
借题发挥 很多同学认为在本题中光到达界面Ⅱ时，只要入射角 足够大就能发生全反射．这是一种比较隐蔽的全反射条件的考查， 不能孤立地去讨论光在界面Ⅱ的光学情况，由于受折射定律的限 制，在界面Ⅱ的入射角始终等于光在界面Ⅰ的折射角，即在界面 Ⅱ上的入射角，始终达不到临界角，所以在很多问题中要注意全 反射条件与折射定律的综合应用．
对全反射现象的理解
【典例1】 如图4-3-4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.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
( )．
图4-3-4
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，都不能发生全反射现象，则选项C正 确．在界面Ⅱ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也正确． 答案 CD