全反射
全反射课件
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
d＝Rsin C④
联立②③④式得
d＝
3 例3 光导纤维的结构如图5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5
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
图3
在两层的界面上经过多次 全反射 ，从另一端射出，如图3
所示.
(2)应用：光纤通讯、医学上的内窥镜.
典例精析
一、对全反射的理解和有关计算 例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＝
1 2
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 D
例2 如图4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.全反射棱镜 (1)用玻璃制成的截面为等腰直角三角形的棱镜. (2) 当光 垂直于它的一个界面射入后，会在其内部发生全反 射(如图2).全反射棱镜比平面镜的反射率高，几乎可达100%.
全反射总结
全反射总结1. 什么是全反射全反射是光线在从光密介质射入光疏介质时发生的一种现象。
当光线从光密介质以一定的入射角射入光疏介质时，如果入射角超过了临界角，则光线会完全被反射回光密介质中，而不会发生折射现象。
2. 全反射的条件全反射需要满足两个条件：2.1 光线从光密介质射入光疏介质全反射的前提是光线从光密介质射入光疏介质，这是因为光在不同介质中的光速不同，所以在两个不同介质的交界面上会发生折射现象。
2.2 入射角大于临界角当光线从光密介质以一定的入射角射入光疏介质时，如果入射角大于临界角，则光线会完全被反射回光密介质中，这就是全反射现象。
临界角是指入射角使得折射角为90度的特殊角度。
3. 临界角的计算临界角的计算可以使用斯涅耳定律来进行。
斯涅耳定律表示了入射角、折射角和两个介质的折射率之间的关系。
根据斯涅耳定律，当光线从光密介质射入光疏介质时，临界角可以通过下式计算：sin(临界角) = 折射率_疏 / 折射率_密其中，折射率_疏和折射率_密分别表示光疏介质和光密介质的折射率。
4. 全反射的应用全反射在光学中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：4.1 光纤通信光纤通信是利用光的全反射来传输信息的一种技术。
光纤的芯部是由高折射率的光纤芯材料包围着低折射率的光纤包层材料。
当光线从光纤芯部以一定的入射角射入光纤包层时，由于入射角大于临界角，光线会被全反射在光纤内部传输，从而实现了高效率的信息传输。
4.2 水下观测水下潜望镜是利用全反射原理来观察水下景象的设备。
当光线从水中射入观测器时，由于水的折射率较高，边界面上的入射角会大于临界角，导致光线会被完全反射回水中，使观测者能够清晰地看到水下景象。
4.3 显微镜显微镜中的物镜采用了高折射率的玻璃材料，而载玻片则是光疏的。
当光线从物镜射入载玻片时，由于物镜与载玻片之间有接触，所以折射率的差距较大，入射角很容易大于临界角，从而实现了高倍率的放大效果。
5. 总结全反射是光线从光密介质射入光疏介质时发生的现象，需要满足入射角大于临界角的条件。
全反射的概念
全反射的概念全反射是物理学中一种自由边界问题的数学模型，它涉及光的传播与反射问题。
其主要思想是把光的传播转化为一种自由边界问题，并根据给定的边界条件给出解析解。
它可以用来表示物体对外部介质的反射。
定义：全反射是将一种介质中传播的光线，从另一种介质中完全反射而回的过程，称为全反射。
而反射角则是光线穿过边界时其反射角度。
物理机理：为什么物体表面会发生反射事件？其实物体表面发生反射的机理是由物体表面的结构决定的。
比如金属表面，由于原子层间的表面力的作用，金属表面的原子层的位置受到紧缩，使其原子层生成一种蜂窝状的结构。
当光线照射到该表面时，由于表面原子层蜂窝状结构，光被吸收了一部分势能，余下的光被发射出来，而这部分发射出来的光线，其反射角则就是物体表面的反射角。
折射机理：折射是光的一种重要的传播方式，它的发生是由于光在不同介质中的波长有不同的变化而引起的。
光发生折射的状态通常发生在光线穿过两种不同介质的边界时，如穿过空气到水的边界、穿过空气到玻璃的边界等，由于介质的不同，光线在穿过这两种介质边界时，其方向会发生变化从而引起折射现象。
其折射角则就是光线穿过边界时其变化的角度。
全反射与折射的比较：1、全反射是一种自由边界问题的数学模型，涉及光的传播与反射问题，而折射则是光的一种重要的传播方式，它的发生是由于光在不同介质中的波长有不同的变化而引起的。
2、全反射和折射都是发生在光线穿过介质边界时才会发生，但他们的反射角和折射角不同，全反射是光线穿过边界时其反射角度，而折射角则是光线穿过边界时其变化的角度。
3、全反射是反射现象，而折射是传播现象。
全反射在工程实践中的应用：1、护栏反射：护栏反射是基于全反射的一种特殊反射现象，由于反射的材料具有高反射率，因而可以使护栏能够反射出高亮度的光，从而提高其可见性，安全系数大大提高。
2、全反射镜：全反射镜是利用一种材料，其具有良好的反射性能，可以将采用圆柱形结构的反射镜面材料，实现全反射的现象，使得反射角可以得到良好的控制，同时具有良好的耗散性能，使其获得良好的可靠性。
全反射知识点总结
全反射知识点总结一、全反射的概念全反射是光线在从一种介质到另一种介质的边界上传播时，入射角大于临界角时发生的现象。
临界角是指当入射角大于这个角度时，光线将会完全反射，不再发生折射。
全反射是由于光传播速度在不同介质中不同而产生的。
一般来说，光在密度较大的介质中传播速度较慢，在密度较小的介质中传播速度较快。
因此，当光线从密度较大的介质射入密度较小的介质表面时，如果入射角大于临界角，就会发生全反射。
二、全反射的条件全反射的发生是有条件的，其条件包括：1. 光线在从一种介质到另一种介质的边界上传播时；2. 入射角大于临界角。
如果以上两个条件同时满足时，就会发生全反射现象。
否则，光线将会发生折射而不会发生全反射。
三、全反射的原理全反射的原理可以通过光的波动模型和几何光学模型来解释。
根据光的波动模型，光在传播时会呈现出波传播的特性，当光线从一种介质射入另一种介质时，会发生折射现象。
而当入射角大于临界角时，光线将无法在两种介质之间传播，从而发生全反射。
另一方面，根据几何光学模型，可以用光的入射角和折射角的关系来解释全反射现象。
当入射角大于临界角时，折射角将会大于90度，这时光线无法进入另一种介质而发生全反射。
四、全反射的公式全反射可以通过折射定律来计算入射角和临界角之间的关系。
折射定律表明，折射角和入射角之间的关系可以用下面的公式来表示：n1*sin(θ1) = n2*sin(θ2)其中，n1和n2分别为两种介质的折射率，分别对应入射角和折射角的正弦值。
当入射角大于临界角时，折射角将大于90度，此时sin(θ2)为负数。
因此，当入射角大于临界角时，折射定律无法满足，光线将无法进入另一种介质而发生全反射。
五、全反射的应用全反射现象在生活中有很多重要的应用，其中最典型的是光纤通信。
光纤是一种利用全反射原理进行光信号传输的高速通信方式。
光纤中的光信号是通过光的全反射来传播的，因此能够实现高速、大容量的信息传输，广泛应用在通信领域。
全反射
全反射求助编辑百科名片全反射：光由光密（即光在此介质中的折射率大的）媒质射到光疏（即光在此介质中折射率小的）媒质的界面时，全部被反射回原媒质内的现象。
英文名称: total internal reflection(TIR)光由光密媒质进入光疏媒质时，要离开法线折射，如图4－5所示。
当入射角θ增加到某种情形（图中的e射线）时，折射线延表面进行，即折射角为90°，该入射角θc称为临界角。
若入射角大于临界角，则无折射，全部光线均反回光密媒质（如图f、g射线），此现象称为全反射。
当光线由光疏媒质射到光密媒质时，因为光线靠近法线而折射，故这时不会发生全反射。
编辑本段原理公式为n=sin90`/sinc=1/sinc sinc=1/n (c为临界角）当光射到两种介质界面，只产生反射而不产生折射的现象．当光由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数值时，折射角将达到90°，这时在光疏介质中将不出现折射光线，只要入射角大于上述数值时，均不再存在折射现象，这就是全反射．所以产生全反射的条件是：①光必须由光密介质射向光疏介质．②入射角必须大于临界角(C)．所谓光密介质和光疏介质是相对的,两物质相比,折射率较小的,就为光疏介质,折射率较大的,就为光密介质。
例如，水折射率大于空气，所以相对于空气而言，水就是光密介质，而玻璃的折射率比水大，所以相对于玻璃而言，水就是光疏介质。
临界角是折射角为90度时对应的入射角（只有光线从光密介质进入光疏介质且入射角大于临界角时，才会发生全反射）编辑本段应用全反射的应用：光导纤维是全反射现象的重要应用。
蜃景的出现，是光在空气中全反射形成的。
全反射是一种特殊的折射现象，当光线从一种介质1射向另一种介质2时，本来应该有一部分光进入介质2，称为折射光，另一部分光反射回介质1，称为反射光。
但当介质1的折射率大于介质2的折射率，既光从光密介质射向光疏介质时，折射角是大于入射角的，所以当增大入射角，折射角也增大，但折射角先增大到90度，此时（入射角叫临界角）折射光消失，只剩下反射光，称为全反射现象。
光学中的全反射现象
光学中的全反射现象介绍：在光学领域中，全反射是一种非常重要的现象。
当光从光密介质中射入光疏介质时，如果入射角大于一个临界角，光将完全反射回光密介质中，而不是折射进入光疏介质中。
全反射现象在很多实际应用中都得到了广泛应用，例如光纤通信和显微镜观察等。
全反射的原理：全反射现象的原理可以从光的波动性和几何光学两个方面来解释。
从波动性来看，当光从光密介质射入光疏介质时，部分光将被折射，而部分光将被反射。
入射角越大，折射角就越接近于90°，这时候折射光的能量非常小，几乎等于零。
此时，全反射发生。
从几何光学的角度来看，入射角大于临界角时，入射光无法通过光疏介质而呈现反射现象。
光纤通信中的全反射应用：光纤通信是一种基于全反射原理的高速数据传输技术。
光纤中的光信号是由光波在光纤内部的全反射中传输的。
光纤内部被包围着具有高折射率的芯层，而外层则是较低折射率的护层。
当光从光纤进入空气或其他介质时，会发生全反射，从而使光能够在光纤中传播很长的距离而几乎不损失能量。
光纤通信的高速、高清晰、长距离传输能力正是依靠全反射现象实现的。
全反射现象的实际应用：除了光纤通信之外，全反射现象在很多其他实际应用中也扮演着重要的角色。
例如，显微镜的原理就基于全反射。
显微镜通过利用全反射使得光在物镜与载物之间反复总反射来增强其分辨率，从而实现对微小物体的观察。
全反射还被应用在光导板、光隔离器、透镜和棱镜等光学器件中，将光线精确地传播和调整。
全反射现象与折射率的关系：全反射现象与介质的折射率有密切的关系。
折射率是一个介质对光的传播速度影响因素之一，通常被定义为光在真空中传播速度与在介质中传播速度之比。
当光从折射率较高的介质射入折射率较低的介质时，全反射更容易发生。
折射率的不同可以导致临界角的大小变化，从而影响全反射现象的发生。
例如，钻石具有较高的折射率，因此在钻石中观察到的全反射现象非常明显。
总结：全反射现象是光学中的一个重要现象，广泛应用于光纤通信、显微镜和其他光学器件中。
全反射名词解释
全反射名词解释
全反射是一种特殊的光学现象,指的是当光线照射到物体表面时,大部分光
线被反射回去,只有一小部分光线能够穿透物体并进入眼睛。
这种现象在光学和生物学中都有广泛的应用,例如在镜子中的反射和视网膜中的光敏细胞。
全反射的发生与物体的反射率密切相关。
当光线照射到物体表面时,如果物体的反射率大于光线的折射率,那么大部分光线就会被反射回去,而一小部分光
线则会穿透物体并进入眼睛。
例如,在一面高反射率的镜子中,大部分光线都会被反射回去,只有一小部分光线能够穿过镜子并进入眼睛。
除了光学和生物学的应用外,全反射还在物理学和工程学中有着广泛的应用。
例如,在激光通信中,全反射是激光信号传输的重要方式。
在光学显微镜中,全反射也是保证显微镜图像清晰的关键。
此外,全反射还可以用于制造高反射率的表面,例如在珠宝制造中用于制造反射宝石的光线。
尽管全反射在生物学和光学领域中都有着广泛的应用,但它也有一些挑战和限制。
例如,全反射可能会导致一些光线无法穿透物体,因此在一些应用中需要控制光线的方向和强度。
此外,全反射也可能会导致一些物体表面出现反射误差,
因此在设计和制造光学系统时需要进行精确的测量和控制。
全反射是一种特殊的光学现象,可以在光学和生物学、物理学和工程学等领域中发挥重要作用。
尽管它也有一些限制和挑战,但通过合理的设计和控制,全反射仍然是可以实现的重要技术。
全反射
全反射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D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大2自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，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。
光的全反射现象的作用
光的全反射现象的作用
光的全反射现象具有以下作用：
1. 光纤传输：全反射现象是光纤通信的基础。
光纤内部的光信号通过不断地发生全反射，可以在光纤中长距离传输，保持光信号的强度和质量。
2. 光学器件：全反射现象广泛应用于各种光学器件中，如反射镜、棱镜、光纤耦合器等，用于调节和控制光的传播方向和路径。
3. 制造闪光板：全反射现象可以实现闪光板的制造。
在闪光板的表面上制造微小的凹凸结构，可以将入射光束发生全反射，从而改变光的传播方向，使得光束以较大的角度散射，形成明亮的闪光效果。
4. 光学薄膜：利用全反射现象，可以制备出一些光学薄膜材料，如光学低通滤光片、反射镀膜等。
这些薄膜材料具有特定的光学特性，可用于光学仪器、光学显示等领域。
总之，光的全反射现象在光通信、光学器件、闪光板制造和光学薄膜制备等方面具有重要作用。
全反射
［第二关 ］：
光由折射率为 的介质中射入空 气时，发生全反射的临界角( B )
2
A. 300
B. 450
C. 600
D. 900
［第三关 ］：
光由空气射入某介质时,入射角为450,折射 角为300,当光由该介质进入空气时, 如果入 射角为600,下列各光路图中可能的是 ( )
C
空气 0 600 A
海市蜃楼组图
2002年7月4日傍晚，青岛王朝大酒店对面的海面 2001年9月12日在奔赴中国西部长江源头拍下的 乌鲁木齐市区——时而清晰可见避雷针，时而只见朦胧楼影 上出现了海市蜃楼 天津一水库清楚出现电视塔 沁阳市国家级自然保护区太行生态园黄花岭景区惊现自然 “海市蜃楼”——有沙丘飘浮在天空当中。 奇观——海市蜃楼一架连绵起伏的太行山悬挂在空中 烟台
内窥镜的结构
光导纤维在 医学上的应用
4、全反射棱镜：（截面为等腰直角三角 形的棱镜）
45 45 45
45 45 45
全反射棱镜典型应用
A、原理：利用全反射原理
B、作用：改变光路
C、优越性：反光率高,接近达 到100%，成像失真小. D、应用：精密昂贵的光学仪器 中，比方说显微镜，单反相机， 潜望镜，望远镜……
二、全反射的应用
3、光 导纤维：
二、全反射的应用
A、原理：利用全反射原理（思考光 纤内外层折射率的差别）
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……
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
1 sin C n
常见物质的临界角：水：48.80 玻 璃：320-420 金刚石：24.40
什么是全反射？
什么是全反射？全反射是光在从一种介质射入到另一种介质时，当入射角足够大时，光线完全被反射回来的现象。
它是光在界面上的一种特殊现象，也是光传播的重要原理之一。
那么，为什么光会发生全反射呢？接下来，我们将用现代光学理论为您解释全反射的原理和应用。
一、全反射的原理全反射的原理可以用到光的折射和衍射的概念。
当光从光密介质射入到光疏介质时，入射角大于某一特定角度时，光无法透过界面而被完全反射回来。
这是因为当光从光密介质射入到光疏介质时，入射角变大，折射角也会变大，当入射角达到一个临界角时，折射角为90度，此时光将会全部反射回去，不再透射进入光疏介质。
全反射的临界角可由斯涅尔定律推导得出。
斯涅尔定律指出，入射光线和折射光线所在平面的入射角和折射角之比等于两种介质折射率的比值。
当入射角等于临界角时，折射角等于90度，此时光线无法从光密介质透射到光疏介质。
二、全反射的应用全反射在日常生活和科学技术中有着广泛的应用。
1. 光纤通信光纤通信是综合应用光学、电子和通信技术的高速信息传输方式。
光纤的核心部分由光密材料构成，外部由光疏材料包围。
通过控制入射光线的角度，可以使光线在光纤中发生全反射，从而将信息信号快速传输。
2. 显微镜显微镜是一种能够放大微观物体的光学仪器。
在显微镜中，光线从光密物质（玻璃或水）进入光疏物质（空气），通过调节镜头的角度和入射光的角度，可以实现光线在样本中的全反射，使得物体的细节更加清晰可见。
3. 水下潜望镜水下潜望镜是一种观察水下环境的光学仪器。
潜望镜利用全反射原理，使得从水下进入潜望镜的光线被完全反射，从而使得观察者能够清晰地观察到水下的景象。
4. 光导器件光导器件是一种利用全反射的原理来实现光信号的传输和控制的设备。
例如，光开关、光耦合器等都是利用光的全反射特性来实现光信号的调控。
在科学和工程领域，全反射是一项非常重要的现象和原理。
通过对全反射的研究和应用，人们可以探索更多的光学现象，并创造更多的应用。
全反射
光导纤维在医学上的应用 :内窥镜
伟大的祖国
五彩灯
3、海市蜃楼
4、水流导光 5、烟熏小球
四、拓展提升
在水中的鱼看来，水面上和岸上 所有的景物都出现在顶角为97.60 的倒立圆锥里，为什么？
一、光疏介质和光密介质
折射率小的介质叫光疏介质。
折射率大的介质叫光密介质。
注意：1、光疏和光密介质是相对的。
介质 空气 水 酒精 金刚石
折射 率
1.000 28
1.33
1.36
2.42
2、光在光密介质中传播速度小，在光
疏介质中传播速度大。
3、不能理解为介质密度。
实验探究：分别画出光从空气射 入水和光从水射入空气中的光路图 ，试比较图中折射角和入射角的大 小关系，并思考若光从水射入空气 ，继续增大入射角，反射光线和折 射光线如何变化？ （结合教材P49 思考与讨论）
D、应用：精密昂贵的光学仪器中，如显微 镜、单反相机、潜望镜、A、原理：利用全反射原理（思考 光纤内外层折射率的差别）
B、作用：传输光、图像或者其他 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……
N
B
O 光疏介质
光密介质
C A
N'
sin C 1 n
3、全反射的条件：
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C
sin C 1 n
三、生活中的全反射现象
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
A、原理：利用全反射原理
B、作用：改变光路
C、优越性：反光率高,接近100%，成像失 真小
全反射条件
全反射条件全反射是光在两种介质之间传播时出现的一种现象。
当光从光密介质射入光疏介质时，如果入射角大于临界角，光将完全反射回光密介质中，而不会折射进入光疏介质。
在这篇文档中，我们将详细介绍全反射的条件以及涉及的关键概念。
临界角临界角是指光由光密介质射入光疏介质时所对应的入射角。
当入射角等于临界角时，光沿着两种介质的分界面传播，且在两种介质的分界面上的反射角等于入射角。
而当入射角大于临界角时，全反射才会发生。
临界角的数学定义为：sin(临界角) = n2 / n1其中，n1代表光密介质的折射率，n2代表光疏介质的折射率。
全反射发生的条件全反射发生的主要条件是入射角大于临界角。
当光从光密介质射入光疏介质时，如果入射角大于临界角，光将会完全反射回光密介质中，并不会折射进入光疏介质。
这种现象在光纤通信、光学内窥镜和投影等领域都有广泛应用。
现在我们将详细介绍全反射发生的条件，以帮助理解这一重要现象。
1. 光从光密介质射入光疏介质全反射现象只会在光从光密介质射入光疏介质时发生。
光密介质和光疏介质是指在光传播路径上折射率不同的两种介质。
在这种情况下，光线经过入射介质/分界面传播时，会发生折射。
2. 入射角大于临界角全反射发生的关键条件是入射角大于临界角。
只有当入射角大于临界角时，光才会完全反射回光密介质，而不是折射进入光疏介质。
这是因为入射角度越大，光线在分界面上的反射角度也会越大，导致光线无法通过界面进入光疏介质。
3. 折射率不同全反射现象只发生在具有不同折射率的介质之间。
光密介质和光疏介质的折射率差异导致光的速度在两种介质之间发生改变，从而使得光线的传播方向发生变化。
这种折射率差异是全反射现象发生的基础。
应用全反射现象在光学领域有着广泛的应用。
以下是其中一些常见的应用：1. 光纤通信光纤通信利用全反射现象来传输光信号。
光信号通过光纤的光导芯传输，这个光导芯是一个长而细的光纤，由折射率高的介质包围。
当光从光纤的一端射入时，由于光纤内外的折射率差异，光会被全反射在光纤内传输，而不会逸出。
全反射
光疏介质 光密介质 v小
光从介质射入真空时
真空 介质
C 真空 介质 真空 介入光疏介质时，随着入射角 N 的增大，当折射角增大到90°时，折射光线完全 消失，只剩下反射光线，这种现象叫做全反射．
(1)全反射产生的条件: ①光线由光密介质射向光疏介质 ②入射角大于等于临界角即: i ≥ C
临界角
临界角：折射角等于90°时的入射 角叫做临界角，用符号C 表示． 根据折射 定律计算
B
若某介质的折射率为n，该介质在空气或 真空中发生全反射的临界角是多少？ N sin90 1 n sinC sinC
O C
光疏介质
光密介质
因而 ： sin C 1
N'
A
n
折射率大的易发生全反射
1、光从空气射向水中会发生全反射吗? 2、光从玻璃介质射向水中会发生全反射吗?
例.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
玻璃 45 空气
o
玻璃 45 空气
o
A
玻璃 45 空气
o
B
玻璃 45 空气
o
C
D
2、光从玻璃介质射向水中会发生全反射吗?
例 2:
夜晚，在湖中心水面深ｈ=1m处放一点光源，在岸 上的人看来，水面能否全部被照亮？ 若能说明理由． 若不能，求出被照亮的面积. 若使岸上的人看不到光源， 至少需半径多大的不透明圆板？已知水的折射率为1.33 (sin48.80=1/1.33 , tan48.80=1.14) o
根据入射角 i = C黄 ∴C红 > i > C绿
如图2所示，一透明塑料棒的折射率为n,光 线由棒的一端面射入，当入射角i在一定范 围内变化时，光将全部从另一端面射出。当 入射角为i时，光在棒的内侧面恰好发生全 反射。
全反射的原理和应用
全反射的原理和应用1. 原理全反射是光在两种介质的界面上发生的现象，当光从密度较高的介质射入密度较低的介质时，入射角超过一个临界角时，光将被完全反射回原介质。
这种现象是由于光在不同介质中传播速度不同而引起的。
光的入射角（θ_i）和折射角（θ_r）之间的关系可以由斯涅尔定律表示：光线在两个介质之间传播时，入射角和折射角之间的正弦值的比等于两个介质的折射率之比。
当θ_i大于临界角（θ_c）时，根据斯涅尔定律，折射角将无解，光将被完全反射。
2. 应用全反射在许多实际应用中起着重要的作用。
以下是一些常见的应用：2.1 光纤通信光纤通信使用了全反射的原理来传输光信号。
一根光纤由一个内芯和一个外壳组成，其中内芯的折射率高于外壳。
当光从内芯射入外壳时，如果入射角大于临界角，光将在内芯中发生全反射，沿着光纤传输。
这种方式使得光信号可以在光纤中长距离传输，而且几乎无衰减。
2.2 光导器件全反射在光导器件中也起着重要的作用。
例如，光导纤维放大器利用了光信号在光纤中的全反射传输，能够将入射的光信号放大。
另外，波导也利用了全反射的原理，可以将光限制在一个特定的区域内传输。
2.3 反射镜和潜望镜全反射也应用于反射镜和潜望镜等光学器件中。
反射镜是一种具有反射能力的镜子，它采用了全反射的原理，将光线反射出来。
潜望镜则利用全反射的原理，在水下观察外界的景象。
2.4 激光器激光器是利用全反射的原理工作的。
激光器中的介质一般具有高的折射率，通过在介质内部来回反射，将光能积累到特定的频率和相位，从而产生一束相干的激光。
2.5 全反射显微镜全反射显微镜是一种用于观察非透明样品的显微镜。
它利用了在高折射率悬液和玻璃片之间产生的全反射现象。
样品放置在悬液中，当光从悬液射入玻璃片时，只有在样品附近发生全反射，从而使样品的显微图像清晰可见。
3. 结论全反射的原理和应用广泛存在于光学领域。
从光纤通信到激光器，从反射镜到全反射显微镜，全反射为我们提供了许多强大的工具和技术。
全反射(高中物理教学课件)完整版
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)
全反射课件
C
空气 0 600 A
空气 0 600 B
空气 0 600 C
空气 0 600
D
三、全反射的应用实例
2、光导纤维
弯曲的有机玻璃棒能导光
自主小结
1、光疏介质、光密介质 现象 2、全反射 全反射的产生条件 临界角C
1 sin C n
光导纤维
3、生活中的全反射
全反射棱镜
海市蜃楼
2、临界角（C）：折射角等于90°时的入射角
90
︶
C
3、发生全反射的条件：
（1）光由光密介质射入光疏介质；
（2）入射角等于或大于临界角。
1 sin C n
练习一
光由折射率为 2 的介质中射入空 气时，发生全反射的临界角( B )
A. 300
B. 450
C. 600
D. 900
练习二
光由空气射入某介质时,入射角为450,折射角 为300,当光由该介质进入空气时, 如果入射角 为600,下列各光路图中可能的是( )
二.什么是全反射现象？
既然光由光密介质射入光疏介质时，折射角 大于入射角，由此可以预料，当入射角增大到 一定程度时，折射角就会增大到90°．
B N θ2 O θ1 空气 介质 A N
θ2
B
O
θ1 N'
空气 介质 A
N'
折射角θ2 为定义：当入射角增大到某一角度, 使折射角达到900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。
全反射
一、光疏介质和光密介质
介 质
折射率
空 气
1.00028
水
1.33
酒 精
1.36
全反射
全反射 课件
(2)若入射光逆时针偏转，则到ab面的红光、紫光的入射角 都大于45°，都发生全反射而不可能从ab面射出．
【答案】 见解析
二、在全反射情况中光线范围的确定
【例2】 半径为R的半圆柱形玻璃，横截面如图所示，O 为圆心，已知玻璃的折射率为 2 ，当光由玻璃射向空气时， 发生全反射的临界角为45°.一束与MN平面成45°的平行光束射 到玻璃的半圆柱面上，经玻璃折射后，有部分光能从MN平面 上射出，求能从MN平面上射出的光束的宽度为多少？
二、全反射现象 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，sinC＝n1(公式)．
【解析】 如图所示，进入玻璃中的光线①垂直半球面， 沿半径方向直达球心位置O，且入射角等于临界角，恰好在O 点发生全反射．光线①左侧的光线(如：光线②)经球面折射 后，射在MN上的入射角一定大于临界角，在MN上发生全反
射，不能射出．光线①右侧的光线经半球面折射后，射到MN 面上的入射角均小于临界角，能从MN面上射出．最右边射向 半球面的光线③与球面相切，入射角i＝90°，由折射定律知
sini＝
sinr n
＝
2 2
，则r＝45°.故光线③将垂直MN射出．所以在
MN面上射出的光束宽度应是OE＝Rsinr＝
2 2 R.
【答案】
2 2 R.
名师点拨 从本题中看到解决全反射问题的关键：①准确 熟练地作好光路图；②抓住特殊光线的分析，求光线照射的范 围时，关键是如何找出边界光线．如果发生全反射，刚能发生 全反射时的临界光线就是一条边界光线，而另一条光线要分析 得出．
全反射
海市蜃楼
C
蜃景.swf
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
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
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,它的反 射率高,几乎可达100%
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
B.只发生折射 C.只发生反射
临界角
全反射现象 看动画演示
二.全反射:
1.定义:光照射到两种介质的界面上,光线
全部反射回原介质的现象叫全反射. 2.临界角(C):
在全反射现象中,刚好发生全反射,即
折射角等于900时的入射角,叫临界角. 1 sin 900 n= = sinc sinc sinc = n
A.600
C.900
B.450
D.300
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
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？
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2）光纤液面计
利用全反射现象可以制成测量液面高度的光纤液面计， 其原理结构如图所示。光源发出的光由光纤辐合进棱 镜，经棱镜全反射后由另一根光纤输入光电探测器。
(167)
r%p
cos1 i n2 cos1
i
sin22 n2 sin22 n2
r%p eirp
(168)
1. 反射波 并且有
r%s = r%p =1 （169）
tan rs n2 tan rp =- sin22 n2
2
2
cos1
(170)
n = n2 / n1是二介质的相对折射率； r%s 、r%p 为反射光与 入射光的 s 分量、p 分量光场振幅大小之比。
和圆偏振态都是椭圆偏振态的特殊情况。
0
π/4
π / 2 3π / 4
π 5π / 4
3π / 2 7π / 4 2π
2. 衰逝波
当光由光密介质射向光琉介质，并在界而上发生全反 射时，透射光强为零。那么，在光疏介质中有无光场 呢？
更深入地研究全反射现象表明：在发生全反射时， 光波场将送入到第二个介质很薄的一层内（约为光 波波长），并沿着界面传播一段距离，再返回第一 个介质。这个透入到第二个介质中表面层内的波叫 衰逝波（疏逝波）。
rs 、 rp 为全反射时，反射光中的 s 分量、p 分量光
场相对入射光的相位变化。
1. 反射波
由上式可见，发生全反射时，反射光强等于入射光强, 而反射光的相位变化较复杂，大致规律如图所示。
rs
rs
0
B C /2 1
0
B C /2 1
1. 反射波
应特别指出，在全反射时，反射光中的 s 分量和 p 分
2. 衰逝波
现假设介质界面为 xOy 平面，入射面为 xOz 平面， 则在一般情况下可将透射波场表示为
E E ei（tkt r）
t
0t
E ei（tkt xsin2 kt zcos2） 0t
考虑到(166)式后，上式可改写为
2
cos2 =
1 sin22 i
sin22 1 i
n1
sin n2
n1 n2
sin 1
为此，应将 cos 2写成如下的虚数形式
2
cos2 =
1 sin22 =i
sin22 1=i
n1
sin 1
n2
1
(166)
1. 反射波 将(166)式代入菲涅耳公式，得到复系数
r%s cos1 i cos1 i
sin22 n2 sin22 n2
r%s eirs
3．全反射现象应用举例
1）光纤传光原理
在光电子技术中，光纤通信和光纤传感是非常重要的 应用领域，而在光纤中的传光原理，正是基于全反射 现象。
n0 n1
n2
1）光纤传光原理
光纤是如图所示的圆柱形光波导，由折射率为n1的纤 芯和折射率为 n2 的包层组成，且有 n1>n2。当光线在
子午面内由光纤端面进入光纤纤芯，并以入射角
产生全反射的临界角 c 满足下述关系：
sin c
n2 n1
(165)
当 1>c 时，必然会出现 sin 1>n2 / n1的现象，这显
然是不合理的。
1. 反射波
此时，折射定律 n1sin 1=n2 sin 2 不再成立。但是，
为了能够将菲涅耳公式应用于全反射的情况，在形式
上仍然要利用关系式
sin 2
空间产生辐射损耗，因此光纤不能有效地传递光能。
1）光纤传光原理
通常将 n0sin M 称为光纤的数值孔径(NA)，显然，
数值孔径表示式为
NA= n12 n22
2n12
n1
n2 n1
n1
2
(177)
式中
= n1 n2 n1
称为纤芯和包层的相对折射率差，一般光纤的Δ值 为 0.01~0.05。
2.6 全反射
由前面的分析已知，当光由光密介质射向光疏介质 时 ，会产生全反射现象。下面，进一步讨论全反射 现象的基本特性。
R
100%
50%
Rs
0% 0
Rp
B C
1
90
n1> n2
n1 n2
n2
c
n1
入射角大 于临界角 的光线发 生全反射
1. 反射波
如前所述，光由光密介质射向光疏介质(n1>n2)时，
1
1
(166)
2. 衰逝波
E E ei（tkt x sin2 kt z sin1n2／n）
t
0t
E e e ktz sin1n2 i（tkt x sin1／n） 0t
（172）
这是一个沿着 z 方向振幅衰减，沿着界面 x 方向传 播的非均匀波，也就是全反射时的衰逝波。
2. 衰逝波
由此可以说明，在前面的讨论中，只有 cos 2 取虚数
形式，(166)式取正号。才可以得到这个客观上存在的 衰逝波。
2. 衰逝波
由(172)式可见，衰逝波沿 x 方向的传播常数为 (kt sin1)/n ，因此，它沿 x 方向传播的波长为
x
=
(kt
2π
sin 1 )/n
sin1
(173)
沿 x 方向传播的速度为
x
=
sin1
（173）
式中， 、 分别为光在第一个介质中的波长和速度。
量的相位变化不同，它们之间的相位差取决于入射角
1和二介质的相对折射率 n，由下式决定：
rs
rp
2arctan
cos1
sin2 1 sin2 1
n2
(171)
因此，在 n 一定的情况下，适当地控制入射角 1 ， 即可改变Δ，从而改变反射光的偏振状态。
1. 反射波
例如，图所示的菲涅耳菱体就是利用这个原理将入 射的线偏振光变为圆偏振光的。对于图示之玻璃菱
体(n=1.51)，当 1=54037 (或48037)时，有Δ =450。
因此，垂直菱体入射的线偏振光，若其振动方向与 入射面的法线成450角，则在菱体内上下两个界而进 行两次全反射后，s 分量和 p 分量的相位差为900， 因而输出光为圆偏振光。
54.37
54.37
下图画出了几种不同 值相应的椭圆偏振态。实际上，线偏振态
射到纤芯和包层界面上时，如果入射角 大于临界角 c，将全反射回到纤芯中，直至从另一端折射输出。
n2
n0 n1
1）光纤传光原理
根据全反射的要求，对于光纤端面上光线的入射角 ， 存在一个最大角 M，它可ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ据全反射条件，由临界
角关系求出：
sin m
1 n0
n12 n22
(176)
当 > M 时，光线将透过界面进入包层，并向周围
2. 衰逝波
定义衰逝波沿 z 方向衰减到表面强度1/e 处的深度为 衰逝波在第二个介质中的穿透深度。穿透深度 z0 很容 易由 kt z0 = sin2 1 n2 /n 1
z0 = kt
1
sin2 1 n2 /n
(175)
例如，n1=1. 52，n2=1，1=450时，z0=0.4。因此，衰 逝波的穿透深度为波长的量级。