光全反射临界角
光的折射中全反射的条件
光的折射中全反射的条件折射是光线从一种透明介质射入到另一种介质时，由于介质的密度不同而引起的光线方向的改变。
当光线从一种介质射入另一种介质时，光线的速度和方向会发生改变，这就是折射。
而全反射是指光线在从一种介质射入到另一种密度更大的介质时，会发生的一种特殊情况。
全反射的条件是光线从折射率较大的介质射向折射率较小的介质时，入射角超过临界角时，光线将发生全反射。
光的折射和全反射是我们日常生活中经常遇到的现象，也是光学研究的重要内容。
了解光的折射和全反射的条件有助于我们更好地理解光在不同介质中传播的规律，同时也为我们设计和制造光学元件提供了理论依据。
下面将从介质的折射率、入射角和临界角这几个方面详细介绍光的折射和全反射的条件。
首先，介质的折射率是光线在介质中传播时的一个重要因素。
介质的折射率是介质对光的折射能力的度量，通常用n来表示。
折射率n 是指在真空中光速c与介质中光速v的比值，即n=c/v。
不同的物质有不同的折射率，折射率越大，介质对光的折射能力就越强。
当光线从折射率较大的介质射入到折射率较小的介质时，入射角大于一定值时，就会发生全反射。
其次，入射角是影响光折射和全反射的另一个重要因素。
入射角是指光线与介质表面的夹角，通常用θ来表示。
当光线从一种介质射入另一种介质时，入射角的大小会影响光线的折射方向。
在正常情况下，光线从空气射入水中时，入射角越小，光线折射后的偏折角就越大。
然而，当光线从折射率较大的介质射向折射率较小的介质时，入射角超过一定值时，就会发生全反射。
最后，临界角是全反射发生的关键。
临界角是指光线从折射率较大的介质射向折射率较小的介质时，入射角的临界值，通常用θc来表示。
当入射角大于临界角时，光线会发生全反射。
临界角与折射率之间的关系可以用Snell定律来描述：n1*sinθ1 = n2*sinθ2。
当光线从介质1射向介质2时，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。
全反射计算公式
全反射计算公式全反射是光学中的一个重要概念，与之相关的计算公式在理解和解决光学问题时非常关键。
咱先来说说啥是全反射。
想象一下，你在游泳池里潜水，当你从水下面往上看的时候，会发现水面就像一面镜子，这其实就是全反射在起作用。
全反射发生的条件有两个：一是光从光密介质射向光疏介质；二是入射角大于或等于临界角。
那全反射的临界角咋算呢？这就得用到全反射的计算公式啦。
临界角 C 的正弦值等于光疏介质折射率 n₂与光密介质折射率 n₁的比值，也就是 sin C = n₂ / n₁。
比如说，光从水（折射率约为 1.33）射向空气（折射率约为 1），那临界角 C 就可以通过 sin C = 1 / 1.33 来计算。
我记得有一次在课堂上，给学生们讲全反射计算公式的时候，有个小家伙一脸迷茫地问我：“老师，这公式到底有啥用啊？”我当时就笑了，我说：“孩子，你想想看，为啥光纤能把光传得那么远，信号还不减弱？就是因为全反射啊！”然后我详细给他解释，光纤的内层折射率大，外层折射率小，光在里面不断地全反射，就像在一个封闭的通道里奔跑，几乎没有损失地传到远方。
那孩子眼睛一下子亮了，“哦！原来是这样！”在实际生活中，全反射的应用可多啦。
像钻石为啥那么闪？就是因为它的切割方式让光线在内部发生全反射，所以才光芒四射。
还有一些光学仪器，比如三棱镜，也是利用全反射来分解光线。
再回到学习上，理解和掌握全反射计算公式，对于解决光学相关的题目非常重要。
比如说，给你一个光从某种介质射向另一种介质的情况，让你判断会不会发生全反射，这时候就得用公式算出临界角，再和入射角比较。
而且啊，全反射计算公式不仅仅是一个数学式子，它背后反映的是光的传播规律和介质的特性。
通过深入研究这个公式，我们能更好地理解大自然中光的奇妙现象。
总之，全反射计算公式虽然看起来有点复杂，但只要我们认真琢磨，结合实际例子去理解，就一定能掌握它，并且运用它去探索更多光学世界的奥秘！希望同学们在学习全反射计算公式的时候，多联系实际，多思考，相信你们一定能学好这部分知识！。
光纤全反射的原理
光纤全反射的原理
光纤全反射是指当光线从光密度较高的介质（例如光纤的芯部）射向光密度较低的介质（例如光纤的包层部分）时，入射角大于临界角时，光线会完全反射回原介质的现象。
光纤全反射的原理基于折射定律和斯涅尔定律。
当光线从光密度较高的介质射向光密度较低的介质时，光线会发生折射。
根据斯涅尔定律，入射角θ1和折射角θ2之间的关系可以表示为n1sinθ1 = n2sinθ2，其中n1和n2分别是两个介质的折射率。
当入射角θ1小于临界角θc时，从上述方程可以得到折射角θ2大于90度，意味着光线无法穿过界面，而是被完全反射回原介质，即全反射。
临界角θc可以通过sinθc = n2/n1计算得到。
由于光纤的芯部相对于包层的折射率较高，光纤的临界角较小，因此即使光线入射角较大，也可以实现全反射。
光纤全反射的原理使得光线在光纤中可以沿着光纤的长度传播，避免了光线的衰减和损耗。
这是光纤通信和其他光纤应用的基础。
光纤通信全反射条件
光纤通信全反射条件
光纤通信是一种利用光纤传输光信号的通信方式。
而光纤通信中的光信号是通过光纤内部的全反射来传输的。
下面是光纤通信中全反射的条件。
1. 光线入射角度小于临界角
光线在从一种介质射向另一种介质时，会发生折射。
而当光线从光密介质射向光疏介质时，入射角度越大，折射角度就越大。
当入射角度大到一定程度时，折射角度会达到90度，这时光线不再穿过两种介质的交界面，而是被全反射回去。
这个入射角度就是临界角。
2. 光线从光密介质射向光疏介质
光纤的核心是由光密介质构成的，而包覆核心的是光疏介质。
因此，当光线从光纤的核心射向包覆核心的光疏介质时，就会发生全反射。
3. 光线入射时没有被散射
全反射的条件还要求光线在入射时没有被散射。
如果光线入射时被散射了，就会导致光线不能沿着光纤内部传输，从而影响光纤通信的质量和速度。
总之，光纤通信中的全反射条件包括光线入射角度小于临界角、光线从光密介质射向光疏介质以及光线入射时没有被散射。
只有在这些条件同时满足的情况下，光线才能在光纤内部得到全反射，从而实现光信号的传输。
光的全反射的计算与分析
光的全反射的计算与分析光的全反射是光在从光密介质到光疏介质传播时，入射角大于临界角时发生的现象。
全反射是光学中重要的现象之一，广泛应用于光纤通信、显微镜、望远镜等领域。
本文将通过计算与分析，探讨光的全反射现象及其相关性质。
全反射的条件是光从光密介质传播到光疏介质时，入射角大于临界角。
临界角是指使光线发生全反射的最大入射角度。
在光密介质到光疏介质的界面上，光线从垂直入射到临界角时，不再传播到光疏介质中，而是全部反射回光密介质。
光的全反射现象可以用折射定律来解释。
根据折射定律，入射角和折射角之间的正弦比与两种介质的折射率之比相等。
当光从光密介质传播到光疏介质时，光的传播速度减小，折射率也随之减小。
当入射角增大到一定程度时，折射率之比将小于1，无法满足折射定律。
此时，光将全部反射回光密介质。
在具体计算光的全反射过程中，需要了解两种介质之间的折射率、光的入射角和临界角。
折射率是介质对光的折射能力的度量，可以根据介质的物理性质和光源的波长进行计算。
入射角是入射光线与法线之间的夹角，可以通过实验或几何关系进行测量。
临界角可以通过折射定律推导得到，在光密介质和光疏介质之间的界面上，当入射角等于临界角时，发生全反射。
通过计算和分析光的全反射过程可以得到一些重要结论。
首先，入射角大于临界角时，光发生全反射，不再传播到光疏介质中。
其次，临界角与两种介质的折射率有关。
当两种介质的折射率差异较大时，临界角较小，全反射概率较高。
反之，当两种介质的折射率差异较小时，临界角较大，全反射概率较低。
这也是为什么光纤通信中使用的光纤一般采用光密介质包覆的原因。
此外，全反射还可以用于实现光的隔离和反射，这在光学仪器和光学传感器中具有重要应用。
当光从光疏介质传播到光密介质时，入射角大于临界角，全反射发生。
此时，光将完全反射回光疏介质，实现了光的隔离和反射。
通过调整入射角和临界角，可以控制隔离和反射光的强度和方向。
光的全反射现象不仅在实际应用中具有重要意义，也是光学研究的热点之一。
《光的全反射及其应用》 知识清单
《光的全反射及其应用》知识清单一、光的全反射的基本概念当光从光密介质射向光疏介质时，入射角增大到某一角度，折射角会达到 90 度，此时折射光线完全消失，只剩下反射光线，这种现象就叫做光的全反射。
要发生全反射，需要满足两个条件：一是光从光密介质射向光疏介质；二是入射角大于或等于临界角。
临界角是指发生全反射时的最小入射角，其计算公式为：sinC ＝ 1 ／ n（其中 C 表示临界角，n 表示光密介质相对光疏介质的折射率）。
二、光的全反射的原理我们可以通过惠更斯原理来理解光的全反射。
惠更斯原理指出，波面上的每一点都可以看作是新的子波源，这些子波的包络面就是新的波前。
当光从光密介质射向光疏介质时，随着入射角的增大，折射光线逐渐远离法线。
当入射角达到临界角时，折射光线沿着界面传播。
当入射角继续增大，超过临界角，就不再有折射光线，只有反射光线。
三、光的全反射的特点1、能量守恒在全反射过程中，入射光的能量全部被反射回光密介质，没有能量损失。
2、光路可逆光的全反射遵循光路可逆原理，即如果让反射光线逆着原来的入射方向入射，它将沿着原来的折射光线方向射出。
四、光的全反射的应用1、光纤通信光纤是利用光的全反射原理来传输光信号的。
光纤由内芯和包层组成，内芯的折射率高于包层的折射率。
当光在内芯中传播时，入射角大于临界角，光就会在光纤内不断地全反射，从而实现长距离、高速率的信息传输。
光纤通信具有容量大、保密性好、抗干扰能力强等优点，广泛应用于通信、互联网、广播电视等领域。
2、光学传感器基于光的全反射原理，可以设计出各种光学传感器。
例如，利用全反射来检测液体的折射率变化，从而测量液体的浓度、纯度等参数。
在一些压力传感器中，也可以通过监测光的全反射情况来感知压力的变化。
3、光学内窥镜内窥镜是一种用于医疗检查和手术的工具。
在光学内窥镜中，利用光的全反射原理将光线导入人体内部，并将内部的图像传输出来，帮助医生进行诊断和治疗。
4、珠宝鉴定在珠宝鉴定中，光的全反射现象可以帮助鉴定宝石的真伪和品质。
全反射的临界角和折射率的关系
全反射的临界角和折射率的关系嘿，朋友们！今天咱来唠唠全反射的临界角和折射率的关系。
你看啊，这全反射的临界角就像是一道门坎儿，折射率呢，就像是决定你能不能轻松跨过这道坎儿的关键因素。
咱就说，这就好比你要翻过一堵墙，墙的高度就相当于折射率，而你能不能翻过去的那个关键点，就是临界角啦！想象一下，光在不同的介质里穿梭，就像我们人在不同的环境里闯荡。
有时候遇到一些情况，就好像到了那个临界的时刻，能不能有个漂亮的转折，就得看这折射率啦。
如果折射率不合适，那光可就没办法按照我们期望的那样去传播咯。
咱再打个比方，折射率就像是一个人的性格特点。
有的人性格比较“倔强”，就像折射率比较大，那在某些情况下可能就不太容易适应变化；而有的人性格比较“随和”，相当于折射率比较小，就更容易在各种环境中游走自如。
那全反射的临界角又有啥用呢？哎呀，这可太重要啦！它能告诉我们在什么情况下光会来个大转弯，彻底改变传播方向。
这就好像我们在生活中遇到一些关键节点，会让我们的人生轨迹发生重大变化一样。
比如说，你知道为啥钻石那么闪亮吗？这可多亏了全反射的临界角和折射率的巧妙配合呀！钻石的折射率很高，所以能让光在里面发生奇妙的折射和全反射，这才让它变得那么耀眼夺目。
还有啊，我们日常用的光纤，不也是利用了这两者的关系嘛。
通过对折射率的精确控制，让光能够在光纤里乖乖地传播，实现了信息的快速传递。
你说神奇不神奇？这看似深奥的物理知识，其实就在我们身边无处不在呢！所以啊，我们可得好好研究研究这全反射的临界角和折射率。
搞清楚它们之间的关系，就像是掌握了一把打开神奇世界大门的钥匙。
以后再看到那些和光有关的奇妙现象，咱就不会只是惊叹啦，还能明白其中的道理呢！这多有意思呀！总之，全反射的临界角和折射率的关系真的是太重要啦，它们相互影响，共同决定着光的传播路径和行为。
我们要像探索宝藏一样，深入地去了解它们，这样才能更好地领略这个奇妙世界的奥秘呀！。
这种现象叫做全反射临界角
全反射临界角的条件
要产生全反射临界角需要满足两个条件:1.两种介质的折 射率不同;2.光从高折射率介质进入低折射率介质。在这 种情况下,当入射角大于临界角时,光线会完全反射而不会 进入另一介质。
全反射临界角的产生条件
折射率差异
全反射临界角需要光线从高 折射率介质进入低折射率介 质时才能产生。介质之间必 须有足够大的折射率差。
全反射临界角在天文观测中的应用
天文望远镜
全反射临界角在光学望远镜设计中广泛应用,确保光线能有效传播和集中。
卫星遥感
利用全反射临界角原理,卫星上的光学成像设备可以高效地采集地球表面信息。
天文台设备
天文观测仪器如光谱仪等,都利用全反射临界角设计光路传输,提高性能。
全反射临界角在日常生活中的应用
交通信号灯
全反射临界角在军事领域的 应用
1 隐身技术
2 光学窗口
全反射临界角可用于设计 隐身涂层,使物体难以被 雷达或红外线探测。
全反射临界角可用于制造 光学窗口,提高防弹和抗 热冲击的性能。
3 光学传感器
4 光纤通信
全反射临界角可用于光学 传感器的设计,增强信号 收集和传输性能。
全反射临界角在光纤通信 中发挥关键作用,确保数 据高速传输和安全通信。
入射角大于临界角
当光线以大于临界角的入射 角入射时，会发生全反射现 象而不会发生折射。临界角 是产生全反射的关键条件。
光线垂直入射
全反射最容易发生在光线垂直入射介质表面的情况下。倾斜入射 会降低全反射的概率。
光线在不同介质中的传播
光线在不同的介质中行进时会发生折射和反射。光线从一种介质进入 另一种介质时,它的传播速度和方向会发生改变。这种现象是由于介质 的折射率不同而引起的。
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课题：§光的全反射 临界角 [教学目标]
一、知识目标：1、了解光的全反射现象及全反射的应用； 2、理解临界角的意义及发生全反射的条件。
二、能力目标：会根据发生全反射的条件判断光在两种介质界面能否发生全反射，并会计算临界角。
现象
三、素质目标：通过学习全反射现象的应用，培养学生把理论知识和生产技术相结合的能力。
[教学重点]
临界角的意义，临界角的计算。
[难点分析]
光在两种介质界面能否发生全反射的判断及全反射的光路图。
[分析学生]
全反射是学生以前没有接触过的知识。
弄不清根据两种介质折射率大小的比较，判断发生全反射的方向。
[教学设计思路]
因学生以前没有接触过全反射知识，所以要复习光疏、光密介质的意义，并根据公式n 1sin α =n 2sinγ 说明光线由光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角，引入课题。
再通过演示实验分析发生全反射的条件，总结出全反射规律。
[教学资源]
实验仪器：激光器、光具盘。
参考资料：蜃景的成因和规律
夏天，在气压恒定的海面上，空气密度随高度增加而减小，对光的折射率也随之减小 从而形成具有折射率梯度的空气层。
当光线通过此空气层时，将发生偏转。
如图所示，设一束从远处景物A 发出的光线a 以入射角α由折射率为n 处射入空气层。
由折射定律有：
n sin α=n 1sin γ1 (1) n 1sin γ1=n 2sin γ2 (2)
联立（1）、（2）式可得：n sinα=n 2sin γ2依此类推：n sinα=n i sin γi , αγsin sin i
i n n
=
可见，当n 、α一定时，从下层空气进 入上层空气的入射角不断增大，当入射角 增大到等于由某两层（n i 层和n i +1层）空
气的折射率决定的临界角时，i
i i n n 1sin +=γ，
就会发生全反射。
人在C 处逆着C 光线看，可看到经全
反射形成的倒立虚像；在B 处逆着b 光线 看，也可看到经折射形成的正立虚像。
总之。
若人在较高处，看到的蜃景是 由折射形成的正立虚像；若人在较低处， 看到的蜃景是由折射和全反射形成的倒立
虚像。
图1 蜃景的成因 [课时安排]
1课时
C
1 i
[教学过程]
导入新课：
复习提问：什么是光疏介质？什么是光密介质？
答：1、光疏介质:两种介质中折射率较小的介质叫做光疏介质。
2、光密介质:两种介质中折射率较大的介质叫做光密介质。
速大角大为光疏，速小角小为光密。
师:1、光疏介质、光密介质是相对而言的。
只有对给定的两种介质才能谈光疏介质与光密介质。
没有绝对的光密介质。
例如：水、玻璃和金刚石三种介质比较，n 水＝1.33 n 玻璃＝1.5 n 金刚石＝2.42。
对水而言，玻璃是光密介质；但对金刚石而言，玻璃则是光疏介质。
2、光疏介质与光密介质的界定一般是以折射率为依据的,与介质的其它属性(如密度等)无关。
例如：水和酒精，n 水＝1.33＜n 酒精＝1.36，酒精相对于水而言是光密介质，但ρ水＞ρ酒。
根据折射定律公式：n 1sin α =n 2sinγ，我们可以得出光在折射率大的介质中，光线与法线的夹角小，在折射率小的介质中，光线与法线的夹角大。
当光由折射率大的光密介质射入折射率小的光疏介质时，折射角大于入射角，由此可以预料，当入射角增大到一定程度时，折射角就会增大到90°。
如果入射角再增大，会出现什么现象呢？请看实验。
新课教学：
演示实验：让光线沿着半圆形玻璃砖的半径射向半圆面上，在半圆面上的入射角为零，光线沿直线射向圆心，在半圆玻璃砖和空气的平面界面上发生反射、折射。
转动光具盘，让入射角逐渐增大，我们看到折射角也随着增大，而且折射角总是大于入射角。
我们还发现：当入射角逐渐增大时，反射光线也逐渐增强，折射光线逐渐减弱。
当入射角增大到某一角度时，折射角接近90°，折射光线几乎沿界面前进，而且很微弱。
反射光线凡乎和入射光线一样明亮，如果再增大入射角，就看不到折射光线了，只能看到玻璃中的折射光线。
即光线全部被反射到玻璃中。
入射光线在介质分界面上被全部反射的现象，叫做全反射。
折射角等于90°时的入射角称为临界角。
一、光的全反射
1、光的全反射：入射光线在介质分界面上被全部反射的现象，叫做光的全反射。
2、临界角；折射角等于90°时的入射角称为临界角。
由以上讨论可见，发生全反射必须具备两个条件：
3、发生全反射的条件： (1)光从光密介质射入光疏介质；
(2)入射角大于临界角。
怎样求出临界角呢？ 二、临界角计算公式
根据临界角的定义，可以求出光从折射率为
n 1的光密介质进入折射率为n 2的光疏介质时的临界角。
设入射角为α0时，折射角为90°，如图所示，由折射定律可得
所以
12090sin sin n n =
α1
2
0sin n n =α
由上式可见，光疏介质的折射率n 2越小，光密介质的折射率n 1越大，发生全反射的临界角越小，即越容易发生全反射。
由上式计算出α0的正弦值后，查三角函数表得α0值，或从计算器上查得α0值。
当光从折射率为n 的某种介质射入真空（空气）时，临界角计算公式为
表1-2几种物质对真空(空气)的临界角
全反射在技术上应用很广，例如用全反射棱镜可制造潜望镜；利用光导纤维传光、传像
等.下面我们对光导纤维的构造原理和应用作简略的介绍。
三、光导纤维
光导纤维的直径比头发丝还细，它由芯线和包层组成，芯线比包层材料的折射率大得多。
一般通信光纤的直径约5μm ～10μm ，芯线的折射率约为1.8，包层材料的折射率约为1.4。
1、光导纤维的结构：由芯线和包层组成，芯线比包层材料的折射率大得多。
当光在芯线中传播时，在芯线和包 层界面上发生全反射，使光在弯曲的光 导纤维内经多次全反射而传到另一端， 如图所示。
2、光导纤维的作用：利用全反射 使光沿着弯曲的路经传播。
如果把许多有序排列的光导纤维
聚集成束，就可以用来传递图像(图1-9)。
工业和医学上用光导纤维束制成的内窥镜， 可以对机械或人体内部进行检查和诊断。
目前光导纤维在国防、通信和自动控 制等许多领域里得到日益广泛的应用。
国 内各大城市及西南、西北等边远地区都已 敷设了光纤通信线路。
3、光导纤维的应用：光纤通信、传递图像——内窥镜、光纤输电。
光纤输电 近年来，人们已开始研究用光纤传送电能的问题。
这是因为用光纤传输电能相对于传统的用金属导线输电，不仅能大大降低电网的造价，还具有安全可靠、节约有色金属和延长电网使用周期等独特的优点。
目前，美国拉里安公司在用光纤输电方面取得突破性成就，原因在于他们对光纤输电中两个难点的突破：(1)在光纤输电的发送端，该公司用激光二极管使电能转化为光能的问题得到解决；(2)在接收端，解决了光能还原为电能的问题。
n
1sin 0=
α
当然，用光纤输电的课题目前仅仅是开始，在科技迅速发展的今天，相信光纤输电将会在不远的将来投入工业使用。
例题 已知玻璃的折射率为1.52，水的折射率为1.33，问光线从哪个方向射入，可在玻璃和水的交界面上发生全反射？它的临界角是多大？
解 已知：n g =1.52，n w =1.33
因玻璃对水来说是光密介质，所以当光从玻璃射到水里时才可能发生全反射。
从式1
2
0sin n n =
α可得 875.052
.133
.1sin w 0===
g n n α 临界角α0=61°3′ 小结：
本节学习了光的全反射现象。
同学们应明确什么是光的全反射现象，发生全反射现象的条件。
要会计算临界角。
作业：
P12 1-2-3、1-2-4 [板书设计]
参考PPt 文件 [课后分析]。