全反射

1、不同介质折射率不同，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。 2、光疏介质和光密介质是相对的。 3、从关系式n=c/v可以知道，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。
4、同一种光在光疏介质中传播速度 较大,在光密介质中传播速度较小。 5、光疏介质与光密介质的界定是以 折射率为依据的,与介质的其它属性 (如密度等)无关 。
1
空气 玻璃
2
C
O
2
A
B
实验探究
随着入射角的增 大，反射光和折 射光的能量（光 线亮度）如何变 化． 当入射角增大到 某一值时，会出 现什么现象． v大
光疏介质 光密介质 v小
全 反 射 试 验
实验：
光从玻璃射入空气中
观察：逐渐增大入射角，观察反射光线与折射 光线亮度及角度的变化 随着入射角的逐渐增大的过程中
（1）画出光路图，确定出射光线（每个面的反射光线 和折射光线都不能或略）．
A D
解：全反射临界角为
1 C=arcsin ＜300 2.4 因此在CD与BC边都发 生全反射。
O
C
B
注意：CD与BC边相当于两个相互垂直的平面镜， 可知出射光与入射光应平行。
2018年5月17日
例5、半圆形玻璃砖对不同色光的折射率为1.5～1.55之 间，白光最初沿与竖直方向成300角向上射入玻璃砖， 并刚好过圆心O ，后以O为轴逐渐逆时针转动，则
A、天花板上有7种不 同色光，红光在最左 边 B、光线转动，天花板 上的红光最先消失 C、光线转动，天花板 上的紫光最先消失
C o O
D、光线转动，天花板 上的色光都不消失 答：C
练1：一束白光最初照射到三棱镜左表面，并从水平位 置开始以O为轴顺时针转动。以下判断正确的有：
A、一定有7种不同色光从 右表面射出，红光在最下边 B、随着转动角度增大，紫 光将最先不能从右表面射出
θ = 2C=2×48.80 =97.60 θ= 97.60
C
鱼眼里的世界
全反射的举例——水里的鱼
鱼眼里的世界
练习、水面下1ｍ处有一灯泡在发光．在水面上放一木 板，要求板能挡住所有射出水面的光，求该木板的最 小面积．水折射率为4/3 解： sinC= 1 = 3 tan C 3 4 n 7
增大 ； 1.折射角逐渐 2.折射光线亮度逐渐 减弱 3.反射角逐渐 增大 4.反射光线亮度逐渐 增强 5.当入射角增大到某一角度时，折射光 消失 线 ，所有光线全部反射。
二、全反射 1、现象
N
当光从光密介质射入光疏介质时，同时发 生折射和反射。如果入射角逐渐增大，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，折射光完全消失，只剩下反射光， 这种现象叫做全反射。
1）、结构： 双层介质： 内芯为光密介 质，外套为光 疏介质。 2）、原理：
光导纤维
在两介质界面 上多次发生全 反射。
3）、用途： 光纤通信、内窥镜等。 模拟
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……
四、全反射棱镜：
1、结构：横截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜
2、两种用法：
45
45 45
45 45 45
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．
潜 望 镜
全反射棱镜
O
C、随着转动角度增大，各 色光从玻璃砖射出点的间距 不断增大 D、从下表面射出的不同色 光将相互平行
答：A、C、D
O
练3、角B为600，角C为900的四棱柱镜的折射率为2.4， 白光线从O点垂直AB面射入棱镜中。
（1）画出光路图，确定出射光线（每个面的反射光线 和折射光线都不能或略）．
A D
解：全反射临界角为
光导纤维在医学上的应用:制成内窥镜，用来检查人体胃、 肠、气管等脏器的内部
全反射的更多应用
2、珠宝的鉴赏（ 玻璃：320-420 金刚石：24.40）
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
P
S
O i
r
解：做辅助线如图，可知光走的折线总长等于OP长S
sin600 sini → r = 300 → 1.732= n= sinr sinr L S 2 3 -9 （s） → S= → t = = =6.7 × 10 C/n 3 cos300
练3、角B为600，角C为900的四棱柱镜的折射率为2.4， 白光线从O点垂直AB面射入棱镜中。
3 3 R h tan C 1 7 7
2
9 2 s R 3.14 4.07m 7
C h R
C
如图所示，井口大小和深度相同的两口井，一口是枯 井，一口是水井(水面在井口之下)，两井底部各有一只 青蛙，则( )
A．水井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能 看到更多的星星 B．枯井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能 看到更多的星星 C．水井中的青蛙觉得井口小些，晴天的夜晚，枯井中的青蛙能 看到更多的星星 D．两只青蛙觉得井口一样大，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看 到更多的星星 答案：A
思考：光进入不同介质时的角度大小关系：
A
i
N
O
r
光疏介质 光密介质
A
r
N O
i
光疏介质 光密介质
N'
B
N'
B
光从光疏介质进入光密介质来自光从光密介质进入光疏介质
思考：
逐渐增大入射角，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 继续增大入射角，这时会发生什么情况？
B
N
考虑到色散，作图可 知出射光为7种单色 光，从上向下依次为： 红、橙、黄、绿、蓝、 靛、紫。
A
O
D
E
C G
F B
巩固练习
1、已知n红<n黄<n绿，红、黄、绿三种单 色光以相同的入射角从介质射向空气。 若黄光在界面上恰好发生全反射，则： A、红光一定能发生全反射； BC B、绿光一定能发生全反射； C、只有红光从介质进入空气； D、只有绿光从介质进入空气。 分析： ∵f 红 < f 黄 < f 绿 分析问题 时一定要根据 发生全反射的 两个条件去判 断！
1 C=arcsin ＜300 2.4 因此在CD与BC边都发 生全反射。
O
C
B
注意：CD与BC边相当于两个相互垂直的平面镜， 可知出射光与入射光应平行。
（２）若光线以Ｏ为轴顺时针转过一小角度，分析出 射光有何特点（提示：考虑色散现象） 解：CD与BC边相 当于两个相互垂直 的平面镜，可知 OE应与GF平行， 故出射光仍与入射 光平行。
O
C、随着转动角度增大，红 光将最先不能从右表面射出
D、随着转动角度增大，各 色光从玻璃砖射出点的间距 不断增大
模拟
答：B、D
练2：一白光线照射到平板玻璃砖的上表面，并从图中 位置开始顺时针转动。以下判断正确的有：
A、一定有7种不同色光从 下表面射出，红光在最左边 B、随着转动角度增大，紫 光将最先不能从下表面射出
全 反 射 的 更 多 应 用
光导纤维
1966年，33岁的华裔科学家高锟博士和George A. Hockham首先提出光纤可以用于通讯传输的设想,43 年后，获得2009年诺贝尔物理学奖。由于高锟制造出 世界上第一根光导纤维，被誉为“光纤通读之父”。
原理：利用全反射原理
内芯 外套
内芯的折射率大于外 套的折射率
证明：令 θ1=C
则 θ2=900
θ1
θ2
n=
sinθ2
sinθ1 1 = sinC
sin900 = sinC
∴
1 C=arcsin n
2、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
光疏介质 光密介质
全 反 射
N
900 C
O
C
1 sin C n
C
N'
A
三、生活中的全反射现象
介质
常见物质的临界角：
水的临界角为48.80 各种玻璃的临界角为320-420 金刚石的临界角为24.40
N'
思考与讨论 不同的介质，由于折射率不同，在空气中发生全反射的临界 角是不一样的。请大家计算折射率为n的某种介质在空气（真 空）中发生全反射时的临界角C。
1 例1、证明折射率为n介质的临界角为： C=arcsin n
θ2 O θ1 N'
光疏介质 光密介质
N
B
θ2 O θ1
光疏介质
光密介质
A
光从光密介质进入光疏介质
N'
A
思考与讨论
光从光密介质（玻璃）垂直弧面沿AO方向射入光疏介 质（空气）时，会发生反射和折射现象。（1）完成光 路图，标出入射角2、反射角2和折射角1 ,并比较1 和2的大小。（2）增大入射角，折射角怎样变化？（3） 哪个角先达到90 °？（4）此时再增大入射角，会发 生什么现象？
三、生活中的全反射现象 3、海市蜃楼
中新网2004年3月16日电 ，
15日上午11时30分左右
(北京时间10时30分)，日 本根室市职员谷口博之在 北海道根室市海域的根室 海峡上空，观测到了船悬
于半空的海市蜃楼奇观，
并将其拍摄下来。
大气中的光现象——海市蜃楼（海面） 正立虚象
解释：海面上下层空气温度低，密度大，折射率大， 上层空气温度高，密度小，折射率小，远方物体发出 的光线向空中入射时不断折射弯曲，到某高度时发生 全反射，再射会地面，观察者感觉这光线来自空中。
光从介质射入空气（真空）时
真空
介质 C
真空 介质 大于C
真空 介质
临界角
当光恰好发生全反射现象（即折射角等于90° ）时的入 射角叫介质的临界角（用C表示）。 光从折射率为n的某种介质射到空气(或真空)时的临界角 C 就是折射角等于90°时的入射角，根据折射定律可得： N θ1
O
θ2
空气
sin 90 1 n sin C sin C 1 因而 ： sin C n
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%
A、原理：利用全反射原理
B、作用：改变光路
C、优越性：与平面镜相比，其反设率高, 几乎达到100%；由于反射面不必涂敷任何 反光物质，所以反射时成像失真小。 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,自行 车尾灯等……
2
重 视 实 验 观 察
全反射
海市蜃楼
山东蓬莱
2018、05
体 验 科 学 方 法
学习目标
• • • • 1、知道光疏介质和光密介质。 2、什么是全反射、发生全反射的条件。 3、掌握临界角概念，思考临界角的求法。 4、了解全反射现象的应用。
一、光疏介质与光密介质
几种介质的折射率
金刚石 二硫化碳 玻 璃 水 晶 2.42 1.63 1.5~1.9 1.55 岩盐 酒精 水 空气 1.55 1.36 1.33 1.0028
中央电视台记者2001年9 月12日沿着青藏公路经 过海拔2675米的万长盐 桥时，突然看到远处的 戈壁上，有沙丘飘浮在 天空中，在阳光和浮云 的作用下，沙丘不断变 幻着颜色，沙丘的周围 是“波光粼粼的湖水”， 水面映出清晰的倒影。
大气中的光现象——沙漠蜃景（沙漠或马路）
倒立虚象
解释：贴近地面空气温度高，密度小，折射率小，上 层空气温度低，密度大 ，折射率大 。远方物体发出 的有些光线向地面入射时不断折射弯曲，到地面附近 时发生全反射，再折向上射向远处空中，观察者感觉 这光线来自地下。
1.为什么水中 或玻璃中的气 泡，看起来特 别明亮？
α
原因： 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。
•
草叶上露珠也特别明亮，又为什么？
露珠
三、生活中的全反射现象
水 中 看 世 界
例、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？ 解： C=arcsin 1 n 1 0 = arcsin = 48.8 1.33
重要提示
在运用光的折射定律作光路图解决实 际问题时,首先要确定临界角,看是否会发 生全发射,在确定未发生全反射的情况下, 再根据折射定律确定入射角或折射角.
例、：下图表示光线射到水中的气泡的示意图。其中
一定错误的有：
A
B
C
D
提示：作出法线（过圆心），比较入射角与折射角 答：A、B
例、光导纤维的折射 率为ｎ＝1.732，长度 为L=1m，光束以600 的入射角从纤维左端 射入，最后从右端射 出，求光穿越光纤至 少需多少时间。