物理-人教版-选修3-4-20-21版：第2节　全反射(创新设计)

第2节全反射一、全反射

阅读教材第48～50页，知道光疏介质和光密介质的概念、全反射现象、临界角的概念，初步掌握全反射发生的条件。1.光疏介质和光密介质(1)定义：折射率_______的介质称为光疏介质，折射率_______的介质称为光密介质。(2)对光疏介质和光密介质的理解①光疏介质和光密介质是相对而言的，同一种介质，相对其他介质来说可能是光疏介质，也可能是光密介质。较小较大②光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度____。③光从光密介质进入光疏介质时，折射角________入射角；反之，光由光疏介质进入光密介质时，折射角________入射角。④光疏和光密是相对介质的光学特性来说的，并不指它的密度大小。小大于小于2.全反射(1)定义：当光从_______介质射入_______介质时，同时发生折射和反射。如果入射角逐渐增大，折射光离法线会越来越____，而且越来越____，反射光却越来越____。当入射角增大到某一角度，使折射角达到_______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_________叫做临界角。(3)发生全反射的条件①光从光密介质射入________介质。②入射角______________临界角。光密光疏远弱强90°入射角光疏大于或等于思维拓展当光从水中射向与玻璃的交界面时，只要入射角足够大就会发生全反射，这种说法正确吗？为什么？答案不正确。要发生全反射必须是光从光密介质射向光疏介质。而水相对玻璃是光疏介质，所以不管入射角多大都不可能发生全反射。二、全反射棱镜和光导纤维

阅读教材第50～52页，了解反全射的应用。1.全反射棱镜(1)全反射棱镜是截面为_______________的棱镜。(2)全反射棱镜的特点：①当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生_________，与平面镜相比，它的反射率高，几乎可达100%。②反射面不必涂敷任何反光物质，反射时失真小。等腰直角三角形全反射(3)全反射棱镜改变光路的两种常见情况。如图1甲、乙所示。图12.光导纤维(1)光导纤维导光的原理：________。(2)光导纤维构造由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的_____，光传播时在内芯与外套的界面上发生________(如图2所示)。图2(3)光纤通信的优点是容量____、衰减____、抗干扰性____等。(4)光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等。全反射大全反射大小强思考判断(2)全反射棱镜可以使光线传播的方向改变90°或180°。(

)(3)用任意一种材料制作的等腰直角三棱镜都是全反射棱镜。(

)(4)全反射棱镜和平面镜相比，反射光比入射光能量损失要小。(

)(5)光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理。(

)(6)光在光导纤维中的传播的速度小于光在真空中的光速c。(

)(7)光导纤维内芯的折射率大于外套的折射率，光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射。(

)√√×√√√√对全反射的理解[要点归纳]

1.光从一种介质射到另一种介质的界面上，反射现象一定发生，折射现象有可能发生。光从光密介质射入光疏介质，当入射角从0开始逐渐增大时，折射光逐渐减弱，反射光逐渐增强，若发生了全反射，则折射光消失，折射现象消失，反射能量等于入射能量。2.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，由于折射现象消失，光的折射定律不再适用。[精典示例][例1]

(多选)如图3所示，半圆柱形玻璃砖放在空气中，三束同一颜色、强度相同的光，均由空气沿半圆半径方向射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置。下列说法正确的是(

)图3A.假若三束光中只有一束在O点发生了全反射，那一定是aO光B.假若bO光能发生全反射，那么cO光也一定能发生全反射C.假若bO光能发生全反射，那么aO光也一定能发生全反射D.假若aO光恰能发生全反射，则bO光的反射光比cO光的反射光的亮度大解析三束光沿着指向圆心的方向由空气射向玻璃砖，在玻璃砖界面，它们的入射角为零，均不会偏折。在玻璃砖直径界面，aO光的入射角最大，cO光的入射角最小，它们都是从光密介质射向光疏介质，都有发生全反射的可能。如果只有一束光发生了全反射，那一定是aO光，因为它的入射角最大，所以选项A正确；假若bO光能发生全反射，说明它的入射角等于或大于临界角，aO光的入射角更大，所以，aO光一定能发生全反射，cO光的入射角可能大于或等于临界角，也可能小于临界角，因此，cO光不一定能发生全反射，所以选项B错误，C正确；假若aO光恰能发生全反射，则bO光和cO光都不能发生全反射，但bO光的入射角更接近于临界角，所以，bO光的反射光较cO光的反射光强，即bO光的反射光亮度较大，所以选项D正确。答案

ACD(1)光的反射和全反射均遵循光的反射定律，光路均是可逆的。(2)光射向两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射。入射角等于临界角时，折射角等于90°，实际上已经没有折射光了。

答案D全反射的有关计算[要点归纳]应用全反射解决实际问题的基本方法(1)确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质。[精典示例][例2]

一厚度为h的大平板玻璃水平放置，其下表面贴有一半径为r的圆形发光面。在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上。已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折射率。解答全反射问题的技巧(1)解答全反射问题时，要抓住发生全反射的两个条件：一是光必须从光密介质射入光疏介质，二是入射角大于或等于临界角。(2)利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符。

[针对训练2]

如图4所示，某种透明物质制成的直角三棱镜ABO，∠A＝30°，一束光线在纸面内垂直AB边射入棱镜。如图所示，发现光线刚好不能从BO面射出，而是最后从AO面射出。求：图4(1)透明物质的折射率n；(2)光线从AO面射出时的折射角α。(结果可以用α的三角函数表示)解析

(1)由题意可知，光线从AB边垂直射入，恰好在BO面发生全反射，光线最后从AO面射出，光路图如图。(2)由几何关系知：β＝30°[要点归纳]

光导纤维当光导纤维的折射率为多少时，就可以使以任意角度入射的光都能发生全反射？全反射的应用图5[精典示例][例3]

如图6所示为一光导纤维(可简化为一长直玻璃丝)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。图6(1)为使光能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光在端面AB上的入射角应满足的条件；(2)求光从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间。解析(1)设光在端面AB上C点(如图)的入射角为i，折射角为r，由折射定律有sini＝nsinr光速在玻璃丝轴线上的分量为