光的全反射与光的光路
高中物理第4章光的折射与全反射第2节光的全反射第3节光导纤维及其应用鲁科34鲁科高二34物理
12/10/2021
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常见全反射现象及其解释 1.应用全反射解释自然现象 （1）透明体中的气泡看起来特别亮 光照射到透明体上时，光线绝大多数穿过透明体.若透明体中有 气泡，进入透明体中的部分光线射到空气泡上时，由于透明体 的折射率大于气泡的折射率，若入射角大于或等于临界角，这 部分光会发生全反射，然后射入人眼，由于气泡处反射回来的 光比没有气泡处强得多，所以气泡看起来特别亮.
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（2）海市蜃楼 ①气候条件：当大气比较平静且海面与上层空气 温差较大时，空气的密度随温度的升高而减小， 对光的折射率也随之减小.因海面上的空气温度 比空中低，空气的下层比上层折射率大.我们可以 粗略地把空中的大气分成许多水平的空气层，如图所示. ②光路分析：远处的景物反射的光线射向空中时，不断被折射， 射向折射率较小的上一层的入射角越来越大，当光线的入射角 大到临界角时，就会发生全反射现象，光线就会从高空的空气 层通过空气的折射逐渐返回折射率较小的下一层.
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2.对全反射现象的分析 （1）全反射现象 光由光密介质射向光疏介质时，折射角大于入射角.当入射角增 大，反射光增强，折射光减弱，继续增大入射角，当折射角达 到 90°时，折射光全部消失，入射光全部被反射回原介质，当 入射角再增大时，入射光仍被界面全部反射回原介质，这种现 象叫全反射. （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.同时折射光强度减弱， 即折射光能量减小，反射光强度增强，能量增加，当入射角达 到临界角时，折射光强度减弱到零，入射光的能量全部集中到 反射光.
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2022秋新教材高中物理第四章光及其应用第三节光的全反射与光纤技术课件粤教版选择性必修第一册
由几何关系、反射定律及折射定律，有
i＝30°
③
i′＝90°－θ
④
sin i＝nsin r
⑤
nsin i′＝sin r′
⑥
联立①③④⑤⑥式并代入题给数据，得
sin r′＝2
2－ 4
3
⑦
由几何关系，r′即 AC 边射出的光线与最初的入射光线的夹角。
[答案]
(1)见解析
2 2－ 3 (2) 4
[素养训练]
提示：光只有满足从光密介质射入光疏介质，才会发生全反射。而光导纤维 要传播加载了信息的光，需要所有光在内芯中经过若干次反射后，全部到达目的 地，所以需要发生全反射，故内芯对光的折射率必须要比外套对光的折射率高。
[重难释解] 1．光导纤维的构造 光导纤维一般由折射率较大的玻璃内芯和折射率较小的外层透明介质组成， 如图所示。 实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径在几微米到一百微米之间， 外层包上折射率比它小的材料，再把若干根光纤集成一束，制成光缆，进一步提 高了光纤的强度。
解析：光在光导纤维内传播而不折射出来，这是光在内芯和外套的界面上发生
全反射的缘故，因而内芯的折射率一定大于外套的折射率，所以C正确。
答案：C
探究(一) 全反射现象的分析 [问题驱动] 光照到两种介质界面处，发生了如图所示的现象。 (1)上面的介质与下面的介质哪个折射率大？ (2)全反射发生的条件是什么？ 提示：(1)下面的介质折射率大。 (2)一是光由光密介质射入光疏介质；二是入射角大于等于临界角。
(√ )
(3)容量大和抗干扰能力强都是光纤通信的优点。
(√)
3．选一选
光纤通信是利用光的全反射将大量信息高速传输。若采用的光导纤维是由内芯
全反射 课件
一、全反射
(3)全反射遵循的规律 ①折射角随着入射角的增大而增大，折射角增大的同 时，折射光线的强度减弱，亮度减弱，而反射光线的强 度增强，亮度 增强 . ②当入射角增大到某一角度(即临界角)时，折射光线完 全消失(即折射角为90°)，入射光线的能量 全部 反射回 原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律.
典例精析 二、全反射的应用
解析 四个选项产生光路效果如下图：
由上图可知B项正确. 答案 B
课堂要点小结
介质
光疏介质 光密介质
全反射
全反射条件
由光密介质射入光疏介质 入射角大于等于临界角
临界角
sin C＝ 1 n
应用
全反射棱镜 光导纤维
13.2 全反射
学习目标定位
1.理解光疏介质和光密介质，了解“疏”与“密”是相对的. 2.理解光的全反射，会利用全反射解释有关现象. 3.理解临界角的概念，能判断是否发生全反射并能画出 相应的光路图. 4.了解全反射棱镜和光导纤维.
一、全反射
问题设计
如教材图13.2－1所示，让光沿着半圆形玻璃砖的半径 射到它的平直的边上.在这个边与空气的界面上会发生 反射和折射.逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光 线的变化.
图3
二、全反射的应用
(3)光导纤维的应用：光纤通讯、医学上的内窥镜.
典例精析 一、对全反射的理解
例1 如图4所示，半圆形玻璃砖放在空 气中，三条同一颜色、强度相同的光线，
均由空气沿半圆半径方向射入玻璃砖，
图4
到达玻璃砖的圆心位置.下列说法正确的是( )
A.假若三条光线中只有一条在O点发生了全反射，那一
光学中的全反射现象
光学中的全反射现象介绍：在光学领域中，全反射是一种非常重要的现象。
当光从光密介质中射入光疏介质时，如果入射角大于一个临界角，光将完全反射回光密介质中，而不是折射进入光疏介质中。
全反射现象在很多实际应用中都得到了广泛应用，例如光纤通信和显微镜观察等。
全反射的原理：全反射现象的原理可以从光的波动性和几何光学两个方面来解释。
从波动性来看，当光从光密介质射入光疏介质时，部分光将被折射，而部分光将被反射。
入射角越大，折射角就越接近于90°，这时候折射光的能量非常小，几乎等于零。
此时，全反射发生。
从几何光学的角度来看，入射角大于临界角时，入射光无法通过光疏介质而呈现反射现象。
光纤通信中的全反射应用：光纤通信是一种基于全反射原理的高速数据传输技术。
光纤中的光信号是由光波在光纤内部的全反射中传输的。
光纤内部被包围着具有高折射率的芯层，而外层则是较低折射率的护层。
当光从光纤进入空气或其他介质时，会发生全反射，从而使光能够在光纤中传播很长的距离而几乎不损失能量。
光纤通信的高速、高清晰、长距离传输能力正是依靠全反射现象实现的。
全反射现象的实际应用：除了光纤通信之外，全反射现象在很多其他实际应用中也扮演着重要的角色。
例如，显微镜的原理就基于全反射。
显微镜通过利用全反射使得光在物镜与载物之间反复总反射来增强其分辨率，从而实现对微小物体的观察。
全反射还被应用在光导板、光隔离器、透镜和棱镜等光学器件中，将光线精确地传播和调整。
全反射现象与折射率的关系：全反射现象与介质的折射率有密切的关系。
折射率是一个介质对光的传播速度影响因素之一，通常被定义为光在真空中传播速度与在介质中传播速度之比。
当光从折射率较高的介质射入折射率较低的介质时，全反射更容易发生。
折射率的不同可以导致临界角的大小变化，从而影响全反射现象的发生。
例如，钻石具有较高的折射率，因此在钻石中观察到的全反射现象非常明显。
总结：全反射现象是光学中的一个重要现象，广泛应用于光纤通信、显微镜和其他光学器件中。
高考物理考点详析 光的折射和全反射
1．折射现象光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变的现象。
2．折射定律（1）内容：如图所示，折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。
（2）表达式：n =21sin sin θθ。
（3）在光的折射现象中，光路是可逆的。
3．折射率（1）折射率是一个反映介质的光学性质的物理量。
（2）定义式：21sin sin θθ=n 。
（3）计算公式：vcn =，因为v <c ，所以任何介质的折射率都大于1。
（4）当光从真空（或空气）射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空（或空气）时，入射角小于折射角。
4．全反射现象（1）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。
（2）现象：折射光完全消失，只剩下反射光。
5．临界角：折射角等于90°时的入射角，用C 表示，sin C =n1。
6．光的色散（1）光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象。
（2）光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长的有序排列。
（3）光的色散现象说明： ①白光为复色光；②同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大； ③不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速越慢。
（4）棱镜①含义：截面是三角形的玻璃仪器，可以使光发生色散，白光的色散表明各色光在同一介质中的折射率不同。
②三棱镜对光线的作用：改变光的传播方向，使复色光发生色散。
7．折射定律的理解与应用 解决光的折射问题的一般方法： （1）根据题意画出正确的光路图。
（2）利用几何关系确定光路中的边、角关系，确定入射角和折射角。
（3）利用折射定律建立方程进行求解。
8．玻璃砖对光路的控制两平面平行的玻璃砖，出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移，如图所示。
9．三棱镜对光路的控制（1）光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折，偏折角为δ，如图所示。
了解光的折射和全反射率
显微镜和望远镜是典型的光学仪器，通过组合多个透镜或 反射镜，实现对微小物体或远距离物体的放大观察。
光纤通信技术基础
01 02
光纤的结构与传输原理
光纤由纤芯、包层和护套组成，利用全反射原理实现光信号的传输。当 光从光密介质射入光疏介质时，如果入射角大于或等于临界角，光将发 生全反射，沿光纤传播。
自然现象
如海市蜃楼、沙漠蜃景等 ，由于大气密度分布不均 匀，使得光线发生全反射 ，形成虚幻的景象。
03
光的折射与全反射关系探 讨
折射与全反射联系
折射和全反射都是光在不同介质间传播时发生的现象。
当光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变，这种现象叫做 光的折射。
当光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于或等于临界角时，光全部被 反射回原介质的现象叫做全反射。
实验步骤和操作
准备实验器材
包括光源、透明介质（如玻璃砖 ）、测角仪、望远镜等。
搭建实验装置
将光源、透明介质和测角仪依次 放置在同一直线上，调整望远镜 的高度和角度，使其能够清晰观
察到折射光线。
进行实验测量
打开光源，调整入射角度，观察 并记录折射光线的角度。逐渐增 大入射角，直到观察到全反射现 象，记录此时的入射角度为全反
射临界角。
数据记录和处理
数据记录
在实验过程中，需要记录不同入射角度下的折射光线角度以及全反射临界角的测量值。
数据处理
根据记录的数据，可以计算出透明介质的折射率和全反射临界角。折射率可以通过折射 定律（n1*sinθ1 = n2*sinθ2）求得，其中n1和n2分别为两种介质的折射率，θ1和θ2 分别为入射角和折射角。全反射临界角可以通过公式θc = arcsin(1/n)求得，其中n为
知识讲解 光的反射、折射、全反射
光的反射、折射、全反射【学习目标】1．通过实例分析掌握光的反射定律与光的折射定律． 2．理解折射率的定义及其与光速的关系．3．学会用光的折射、反射定律来处理有关问题．4．知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念． 5．能判定是否发生全反射，并能分析解决有关问题． 6．了解全反射棱镜和光导纤维．7．明确测定玻璃砖的折射率的原理． 8．知道测定玻璃砖的折射率的操作步骤． 9．会进行实验数据的处理和误差分析．【要点梳理】要点一、光的反射和折射1．光的反射现象和折射现象如图所示，当光线入射AO 到两种介质的分界面上时，一部分光被反射回原来的介质，即反射光线OB ，这种现象叫做光的反射．另一部分光进入第二种介质，并改变了原来的传播方向，即光线OC ，这种现象叫做光的折射现象，光线OC 称为折射光线．折射光线与法线的夹角称为折射角（2θ）．2．反射定律反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角．3．折射定律（1）内容：折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧．入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．即12sin sin θθ=常数．如图所示．也可以用sin sin in r=的数学公式表达，n 为比例常数．这就是光的折射定律． （2）对折射定律的理解：①注意光线偏折的方向：如果光线从折射率（1n ）小的介质射向折射率（2n ）大的介质，折射光线向法线偏折，入射角大于折射角，并且随着入射角的增大（减小）折射角也会增大（减小）；如果光线从折射率大的介质射向折射率小的介质，折射光线偏离法线，入射角小于折射角，并且随着入射角的增大（减小）折射角也会增大（减小）．②折射光路是可逆的，如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的人射光线发生折射，定律中的公式就变为12sin 1sin nθθ=，式中1θ、2θ分别为此时的入射角和折射角． 4．折射率——公式中的n （1）定义．实验表明，光线在不同的介质界面发生折射时．相同入射角的情况下．折射角不同．这意味着定律中的n 值是与介质有关的，表格中的数据，是在光线从真空中射向介质时所测得的n 值，可以看到不同介质的n 值不同，表明n 值与介质的光学性质有关，人们把这种性质称为介质的折射率．实际运用中我们把光从真空斜射人某种介质发生折射时，入射角1θ的正弦跟折射角2θ的正弦之比。
高考物理知识点之光的性质
精品基础教育教学资料，仅供参考，需要可下载使用！高考物理知识点之光的性质考试要点基本概念一、光的直线传播1、几个概念①光源：能够发光的物体②点光源：忽略发光体的大小和形状，保留它的发光性。
（力学中的质点，理想化）③光能：光是一种能量，光能可以和其他形式的能量相互转化（使被照物体温度升高，使底片感光、热水器电灯、蜡烛、太阳万物生长靠太阳、光电池）④光线：用来表示光束的有向直线叫做光线，直线的方向表示光束的传播方向，光线实际上不存在，它是细光束的抽象说法。
（类比：磁感线 电场线）⑤实像和虚像点光源发出的同心光束被反射镜反射或被透射镜折射后，若能会聚在一点，则该会聚点称为实像点；若被反射镜反射或被透射镜折射后光束仍是发散的，但这光束的反向延长线交于一点，则该点称为虚像点．实像点构成的集合称为实像，实像可以用光屏接收，也可以用肉眼直接观察；虚像不能用光屏接收，只能用肉眼观察．2．光在同一种均匀介质中是沿直线传播的注意前提条件：在同一种介质中，而且是均匀介质。
否则，可能发生偏折。
如光从空气斜射入水中（不是同一种介质）；“海市蜃楼”现象（介质不均匀）。
点评：光的直线传播是一个近似的规律。
当障碍物或孔的尺寸和波长可以比拟或者比波长小时，将发生明显的衍射现象，光线将可能偏离原来的传播方向。
二、反射 平面镜成像1、反射定律光射到两种介质的界面上后返回原介质时，其传播规律遵循反射定律．反射定律的基本内容包含如下三个要点：lhxvt① 反射光线、法线、入射光线共面； ② 反射光线与入射光线分居法线两侧； ③ 反射角等于入射角，即21θθ=2．平面镜成像的特点——平面镜成的像是正立等大的虚像，像与物关于镜面对称 3．光路图作法——根据成像的特点，在作光路图时，可以先画像，后补画光路图。
4．充分利用光路可逆——在平面镜的计算和作图中要充分利用光路可逆。
（眼睛在某点A 通过平面镜所能看到的范围和在A 点放一个点光源，该点光源发出的光经平面镜反射后照亮的范围是完全相同的。
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光的全反射与光的光路
光是一种电磁波，具有非常特殊的性质和传播方式。
在光传播的过程中，我们经常会遇到光的全反射现象以及需要考虑光的光路。
本文将探讨光的全反射和光路相关的概念及其应用。
一、光的全反射
光的全反射是光从一种介质传播到另一种介质时，入射角大于临界角时所发生的现象。
临界角是指入射角使折射角达到90度的情况。
当入射角大于临界角时，光线不再从界面透射到另一种介质中，而是完全反射回原来的介质中。
光的全反射现象在光纤通信和光学器件中有着重要的应用。
光纤通信是利用光的全反射特性将光信号传输的技术，其核心是将光信号完全反射在光纤的内表面上，实现信号的传输。
另外，光学器件中的折射棱镜、单模光纤等也依赖于光的全反射来实现光路的控制和传输。
二、光的光路
光的光路是指光传播的路径和方向。
在光的光路中，我们常常会遇到折射、反射等现象。
折射是光从一种介质传播到另一种介质时，入射角和折射角之间满足斯涅尔定律的现象。
反射是光在界面上发生的一种现象，分为漫反射和镜面反射两种。
光的光路在光学器件中起到非常重要的作用。
光路的设计和控制可以实现光的聚焦、分光、偏振等功能。
例如，透镜是一种常见的光学器件，通过控制光的折射和反射，实现对光的聚焦和放大。
另外，干
涉仪、衍射光栅等光学器件也需要精确控制光的光路来实现其特定的
功能。
光的全反射和光的光路是光学中的重要概念，它们在现代科学和技
术中有着广泛的应用。
了解和掌握光的全反射和光的光路可以帮助我
们更好地理解光的传播特性和光学器件的工作原理。
三、结语
本文对光的全反射和光的光路进行了简要的介绍。
光的全反射是光
从一种介质传播到另一种介质时的特殊现象，其在光纤通信和光学器
件中有着广泛应用。
光的光路是光在传播过程中所经过的路径和方向，对光学器件的设计和控制具有重要意义。
了解光的全反射和光的光路有助于我们更深入地理解光学原理，并
应用于解决实际问题。
光学作为一门基础科学，与现代科技密切相关，对于人类的生活和产业发展具有重要意义。
因此，我们应该不断学习
和探索光学的奥秘，为推动科技进步和文明发展做出贡献。
参考文献：
[1] 余新生, 倪锦兰. 光学传输理论[M]. 浙江大学出版社, 2003.
[2] 吴冉雪, 张友祥, 吕福民. 光学与光电子技术[M]. 高等教育出版社, 2018.。