高中物理第四章光的折射第3节光的全反射教学案教科版选修3

第3节光的全反射

对应学生用书

P56

全反射现象及其条件

1．光疏介质和光密介质

名称

项目

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

折射特点(1)光从光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角

(2)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：光从光密介质射到光疏介质的界面时，全部被反射回原介质的现象。

(2)临界角：光从某种介质射向真空或空气时使折射角度变为90°时的入射角，称为这种介质的临界角。

(3)发生全反射的条件：

①光从光密介质射入光疏介质；

②入射角大于或等于临界角。

(4)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)。

[跟随名师·解疑难]

1．光疏介质和光密介质的理解

不同介质的折射率不同，我们把折射率较小的介质叫做光疏介质，折射率较大的介质叫做光密介质。

(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：

光的传播速度折射率

光疏介质大小

光密介质小大

(3)相对性：

光疏介质、光密介质是相对的。任何两种透明介质都可以通过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．对全反射的理解

(1)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。

(2)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。

(3)临界角

①不同介质的折射率不同，发生全反射的临界角也不同，介质的折射率越大，临界角越小。

②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。

[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)

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°。如图4－3－1所示的四个光路图中，正确的是( )

图4－3－1

解析：选A sin C＝1

n＝2

3

2

2

，所以C<45°，所以发生全反射。

全反射的应用——光导纤维

1．光导纤维的原理

利用了全反射的原理。

2．光导纤维的构造

光导纤维是一根极细的玻璃丝，直径约有几微米到100微米不等，由两种折射率不同的玻璃制成，分内芯和外套两层，内芯的折射率比外套的折射率大，当光在光纤内传播时，会在两层玻璃的界面上发生全反射，通过一系列的全反射，光就沿着弯弯曲曲的光纤从一端传到另一端。

3．光导纤维的应用

(1)制成医学上常用的内窥镜；

(2)实现光纤通信。

4．光纤通信的优点

容量大、衰减小、抗干扰能力强、传输速率高。

[跟随名师·解疑难]

1．光导纤维的传播原理

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，并使两端的纤维按严格相同的次序排列。就可以传播图像。

图4－3－2

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 ＝1n ，n ＝sin θ1sin θ2

，C ＋θ2＝90°，由以上各式可得sin θ1＝n 2－1。

图4－3－3

由图4－3－3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。

[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)

光导纤维的结构如图4－3－4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4－3－4

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：选A 光导纤维的内芯折射率大于外套的折射率，光在由内芯射向外套时，在其界面处发生全反射，从而使光在内芯中传播，故A选项正确。

对应学生用书

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对全反射的理解

1．一束光遇到空气和玻璃(折射率为n＝2)的界面，下列说法正确的是( )

A．当光由空气射向玻璃时，入射角等于或大于45°时，会发生全反射现象

B．当光由空气射向玻璃时，无论入射角多大，都不会发生全反射现象，且折射角不会超过45°

C．当光从玻璃射向空气时，一定会发生全反射

D．当光从玻璃射向空气时，入射角大于45°时，折射角会大于90°，因此入射角大于45°是不允许的

[思路点拨]

(1)光从玻璃射入空气时的临界角C满足如下关系：sin C＝1

n。

(2)入射角等于或大于45°时并不一定发生全反射。

解析：由sin C＝1

n得，光由玻璃射向空气的临界角C＝45°，要发生全反射，光必须由玻璃射向空气，且入射角不小于45°，A、C、D错误；当光由空气射向玻璃时，入射角i ＝90°时，折射角r＝C＝45°，故B正确。