全反射临界角汇编

1、 “坐井观天坐井观天”是个有历史典故的成语，这个贬义词常被是个有历史典故的成语，这个贬义词常被用来形容某人阅历狭窄，跟它相仿的成语还有用来形容某人阅历狭窄，跟它相仿的成语还有“井底之井底之蛙蛙”。 空桶底之蛙，它的视野被桶口所限，有看不到的死角。空桶底之蛙，它的视野被桶口所限，有看不到的死角。而当桶中注满水之后放进一条鱼，鱼儿虽然躲在水下却能而当桶中注满水之后放进一条鱼，鱼儿虽然躲在水下却能对水面上的世界一览无遗。对水面上的世界一览无遗。 问题引入问题引入井底之蛙井底之蛙水中之鱼水中之鱼 一、一、 全反射全反射 两介质相比较，折射率小的为光疏介质，折射率大的两介质相比较，折射率小的为光疏介质，

2、折射率大的为光密介质。为光密介质。 1. 光疏介质和光密介质光疏介质和光密介质 2. 全反射现象全反射现象（1）光从光疏介质射到光密介质时，折射角小于入射光从光疏介质射到光密介质时，折射角小于入射角，并小于角，并小于90；（2）光从光密介质射到光疏介质时，折射角大于入射光从光密介质射到光疏介质时，折射角大于入射角，折射角可等于或大于角，折射角可等于或大于90。光光疏介质疏介质光密光密介质介质光光疏介质疏介质光密光密介质介质光光疏介质疏介质光密光密介质介质 3. 全反射全反射 入射光线在介质分界面上被全部反射的现象。入射光线在介质分界面上被全部反射的现象。 （3）如果再增大入）如果再增大入射角，

3、光线就会全部被反射角，光线就会全部被反射，这就是射，这就是全反射现象全反射现象。光光疏介质疏介质光密光密介质介质 （2）入射角等于或大于临界角。入射角等于或大于临界角。 （1）光线从光密介质到光疏介质；光线从光密介质到光疏介质； 5. . 全反射的条件全反射的条件 4. 临界角临界角 折射角等于折射角等于90o时的入射角叫临界角。时的入射角叫临界角。光光疏介质疏介质光密光密介质介质0 二、二、 临界角的计算临界角的计算n1sin0 真空（或空气）的折射率为真空（或空气）的折射率为1 1，相对于其他介质总是，相对于其他介质总是光疏介质。当光从折射率为光疏介质。当光从折射率为n 的介质进入真空或空

4、气时，的介质进入真空或空气时，,90sinsino0疏疏密密nn 疏疏密密nn 0sin 上式表明，在其他介质与真空或空气的界面上，折射上式表明，在其他介质与真空或空气的界面上，折射率越大的介质其临界角越小，越容易发生全反射。率越大的介质其临界角越小，越容易发生全反射。光光疏介质疏介质光密光密介质介质0 注意：注意：上式只适用于光线从介质到真空（或空气）。上式只适用于光线从介质到真空（或空气）。几种介质对真空或空气的临界角几种介质对真空或空气的临界角折射率折射率临界角临界角物物 质质1. 4748. 647. 342. 9 水水30 42酒酒 精精甘甘 油油24. 41. 361. 331.5

5、 1.9玻玻 璃璃2. 42金刚石金刚石 三、全反射的应用三、全反射的应用 1. 全反射棱镜全反射棱镜 横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。反射棱镜。 当光线从玻璃射向空气的入射角为当光线从玻璃射向空气的入射角为45o时，入射角大时，入射角大于玻璃对空气的临界角，光线在玻璃与空气的界面上发生于玻璃对空气的临界角，光线在玻璃与空气的界面上发生了全反射。了全反射。 2.角反射器角反射器 它是由三个互相垂直的反射平面组成的反它是由三个互相垂直的反射平面组成的反射器。射入角反射器的光线，不论其方向如何，都会被沿射器。射入角反射器的光线，不论其方向如何，都会被沿入射

6、方向的反方向反射出去。入射方向的反方向反射出去。 角反射器的反射面角反射器的反射面可以是平面镜，也可以可以是平面镜，也可以是两种介质的界面。是两种介质的界面。 角反射器是激光测角反射器是激光测距的主要器具距的主要器具, 只要激只要激光射中它光射中它,反射光就能反射光就能返回原处。返回原处。 角反射器被广泛应用于各种车辆的尾部和一些醒目标角反射器被广泛应用于各种车辆的尾部和一些醒目标志。志。 3. 光导纤维光导纤维 (1)光导纤维光导纤维 光导纤维是直径只有几微米到光导纤维是直径只有几微米到100 m左左右，由内芯和外套组成，光线就在内芯和外套的界面上发右，由内芯和外套组成，光线就在内芯和外套的

7、界面上发生全反射。生全反射。光导纤维，直径只有光导纤维，直径只有几微米到几微米到100 m光在弯曲的玻璃棒中的全反射光在弯曲的玻璃棒中的全反射 (2)光纤通信光纤通信 光纤通讯是利用光导纤维来传导光波，光纤通讯是利用光导纤维来传导光波，并在光波上加载信息的通讯方式。早在并在光波上加载信息的通讯方式。早在1870年，英国物年，英国物理学家廷德尔首次在伦敦的实验室内发现了光导纤维的理学家廷德尔首次在伦敦的实验室内发现了光导纤维的原理，改变了光只能沿直线传播的局限性原理，改变了光只能沿直线传播的局限性-光可以沿着光可以沿着光纤沿曲线前进。但他的研究并没有立刻得到利用，直光纤沿曲线前进。但他的研究并没

8、有立刻得到利用，直到到1955年，英国伦敦帝国学院的卡帕尔博士才成功地制年，英国伦敦帝国学院的卡帕尔博士才成功地制成了光导纤维。现在，光纤通讯已经成为一种先进、快成了光导纤维。现在，光纤通讯已经成为一种先进、快速的通讯方式被广泛地利用。光导纤维是传送激光的通速的通讯方式被广泛地利用。光导纤维是传送激光的通道。它是具有特殊化学性能的材料，一般由超纯石英或道。它是具有特殊化学性能的材料，一般由超纯石英或特殊光学玻璃制成，直径非常小，大约只有几微米到几特殊光学玻璃制成，直径非常小，大约只有几微米到几百微米百微米, ,连同它的保护涂层一起才只有一根头发那么粗。连同它的保护涂层一起才只有一根头发那么粗。

9、用于通讯的光纤有很多根光导纤维集塑束而成，中间用用于通讯的光纤有很多根光导纤维集塑束而成，中间用钢棒或尼龙棒加固。钢棒或尼龙棒加固。例例1 红、黄、绿三种单色光以相同的入射角从同一红、黄、绿三种单色光以相同的入射角从同一介质射向空气。绿光的折射率大于黄光的折射率，黄光介质射向空气。绿光的折射率大于黄光的折射率，黄光的折射率又大于红光的折射率，若黄光在界面上恰好发的折射率又大于红光的折射率，若黄光在界面上恰好发生全反射，则生全反射，则 （ ）(A)红光一定能发生全反射。红光一定能发生全反射。(B) )绿光一定能发生全反射。绿光一定能发生全反射。(C) )只有红光从介质进入空气。只有红光从介质进入

10、空气。(D) )只有绿光从介质进入空气。只有绿光从介质进入空气。 分析分析sin0 = 1 / n 0红红0黄黄0绿绿 答：答：绿光一定能发生全反射；只有红光从介质进入绿光一定能发生全反射；只有红光从介质进入空气。空气。红红黄黄绿绿nnn B例例2 在水中的鱼看来，水面和岸上的所有景物，都是在水中的鱼看来，水面和岸上的所有景物，都是出现在顶角为出现在顶角为 97的倒立圆锥里，为什么？的倒立圆锥里，为什么？ 分析：分析：48.548.597 练练 习习 2. 欲使光在两种介质的界面上发生全反射，下列说法欲使光在两种介质的界面上发生全反射，下列说法正确的是正确的是 （ ） (A) 光从真空射向介质，入射角足够小。光从真空射向介质，入射角足够小。 (B) 光从介质射向真空，入射角足够小。光从介质射向真空，入射角足够小。 (C) 光从介质射向空气，入射角大于临界角。光从介质射向空气，