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＝1

n(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。尾灯的构造如图3所示，下面说法正确的是()

A．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，在尾灯的左表面发生全反射

D．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射

3、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4所示。方框内有两个折射率n＝1.5的玻璃全反射棱镜。

下图给出了两棱镜四种放置方式的示意图，其中能产生如图效果的是()

4、(多选)一束光穿过介质1、2、3时，光路如图6所示，则()

A．介质2的折射率最大

B．光线在介质2中的波长最长

C．光在介质3中的速度最大

D．入射光线到达介质2和介质3的界面时，一定也发生反射

5、一束光从介质1进入介质2，如图13－2－6所示，下列对于1、2两

种介质的光学属性判断中正确的是()

A．介质1是光疏介质

B．介质1的折射率大

C．光在介质1中传播速度大

D．光在介质2中传播速度大

6、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．用光导纤维传输光信号

E．水中的气泡看起来特别明亮

2007⋅南京模拟)夏天,海面上的下层空气的温度比上层低。我

们设想海面上的空气是由折射率不同的许多水平气层组成的,

远处的景物发出的光线由于不断被折射,越来越偏离原来的

方向,以至发生全反射。人们逆着光线看去就出现了蜃景,如

图所示,下列说法中正确的是（A. 海面上上层空气的折射率

比下层空气的折射率要小

B. 海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要大

C.A是蜃景，B是景物

D.B是蜃景，A是景物

7、如图,三棱镜的横截面为直角三角形ABC,∠A=30∘,∠B=60∘.一束平行于AC边的光线自AB 边的p点射入三棱镜，在AC边发生反射后从BC边的M点射出，若光线

在P点的入射角和在M点的折射角相等。求：三棱镜的折射率。

8、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。

9、图13-2-4为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图，玻璃丝长为L，折射率为n，AB代表端面。已知光在真空中的传播速度为c。

(1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光线在端面AB上

的入射角应满足的条件；

(2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间。

海市蜃楼

在平静无风的海面、湖面或沙漠上，有时眼前会突然耸立起亭台楼阁、城郭古堡，或者其他物体的幻影，虚无缥缈，变幻莫测，宛如仙境，这就是海市蜃楼，简称蜃景。

蜃景不仅能在海上、沙漠中产生，柏油马路上偶尔也会看到。蜃景的种类很多，根据它出现的位置相对于原物的方位，可以分为上蜃、下蜃和侧蜃；根据它与原物的对称关系，可以分为正蜃、侧蜃、顺蜃和反蜃；根据颜色可以分为彩色蜃景和非彩色蜃景等等。

蜃景有两个特点：一是在同一地点重复出现，比如美国的阿拉斯加上空经常会出现蜃景；二是出现的时间一定，比如我国蓬莱的蜃景大多出现在每年的5、6月份，俄罗斯齐姆连斯克附近蜃景往往是在春天出现，而美国阿拉斯加的蜃景一般是在6月20日以后的20天内出现。

自古以来，蜃景就为世人所关注。在西方神话中，蜃景被描绘成魔鬼的化身，是死亡和不幸的凶兆。我国古代则把蜃景看成是仙境，秦始皇、汉武帝曾率人前往蓬莱寻访仙境，还屡次派人去蓬莱寻求灵丹妙药。现代科学已经对大多数蜃景作出了正确解释，认为蜃景是地球上物体反射的光经大气折射而成的虚像，所谓蜃景就是光学幻景。

蜃景与地理位置、地球物理条件以及那些地方在特定时间的气象特点有密切联系。气温的反常分布是大多数蜃景形成的气象条件。

就拿下蜃的形成来说吧。夏季沙漠中烈日当头，沙土被晒得灼热，因沙土的比热小，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，从上层较密空气进入下层较疏空气时被不断折射，其入射角逐渐增大，增大到等于临界角时发生全反射，这时，人要是逆着反射光线看去，就会看到下蜃。

柏油马路因路面颜色深，夏天在灼热阳光下吸收能力强，同样会在路面上空形成上层的空气冷、密度大、而下层空气热、密度小的分布特征，所以也会形成下蜃。