【金识源】2015年(人教版)物理选修3-4课件：13-2《全反射》

A．只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上可能发生全反射 现象 B．只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上可能发生全反射 现象 C．不管入射角多大，光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反 射现象 D．不管入射角多大，光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反 射现象
解析：在界面Ⅰ光由空气进入玻璃砖，是由光疏介质进入 光密介质，不管入射角多大，都不能发生全反射现象，则选项 C正确。在界面Ⅱ光由玻璃进入空气，是由光密介质进入光疏 介质，但是，由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行，光由界面Ⅰ进入玻璃 后再到达界面Ⅱ，在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射 角，入射角总是小于临界角，因此也不会发生全反射现象，选 项D也正确。
2．光导纤维的内芯和外套谁的折射率较大？ 提示：因为光从内芯射向外套时发生全反射，故内芯的折 射率较大。
例3 如图所示，AB为光导纤维，A、B之间距离为s，使一光脉 冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气的界面 上恰好发生全反射，由A点传输到B点所用时间为t，求光导纤维 所用材料的折射率n。(已知光在真空中的传播速度为c)
大 ，光传播时在内芯与外套的界面上发生 全反射 。
1．对某种介质我们能确定它是光疏介质还是光密介质吗？ 提示：不能。光疏介质、光密介质是相对而言的，只对一种 介质无法确定它是光疏介质还是光密介质。 2．只要入射角足够大，就一定能发生全反射吗？ 提示：不一定。光由光密介质进入光疏介质时，入射角大于 或等于临界角才会发生全反射。
1．如何判定两种介质中哪一个是光疏介质，哪一个是光密 介质？ 提示：可通过比较折射率的大小，光在介质中速度的大小 等来判定光疏介质和光密介质。 2．折射角达到90° 时，折射光线还存在吗？ 提示：折射角达到90° 时，折射光完全消失，只剩下反射 光。
例1 如图所示，ABCD是两面平行的透明玻璃砖，AB面和CD面 是玻璃和空气的界面，分别设为界面Ⅰ和界面Ⅱ。光线从界面 Ⅰ射入玻璃砖，再从界面Ⅱ射出，回到空气中，如果改变光到 达界面Ⅰ时的入射角，则( )
第十三章
光
第2节
全反射
[学习目标]
1.知道光疏介质、光密介质，理解光的全反射。
2．理解临界角，能判断是否发生全反射，并能通过计算解 决相关问题。 3．了解全反射棱镜和光导纤维以及它们在生产、生活中的 应用。
[知识定位 ] 及其应用。
重点：1.全反射产生的条件。 2.临界角的概念
难点：临界角的概念、临界条件时的光路图及解题方法。
[示例] 如图所示，一束光由空气射到透明介质球上的 A 点，入射 角为 i，则( )
A．当 i 足够大时，在 A 点将发生全反射 B．当 i 足够大时，光从球内向外射出时将发生全反射 C．无论 i 多大，在 A 点都不会发生全反射 D．无论 i 多大，光从球内向外射出时，都不会发生全反射
解析： 光从光密介质射向光疏介质时才可能发生全反射， 因此光在 A 点由空气进入介质球时，肯定不能发生全反射；光从介质球向 外射出时的入射角 i′是随着 i 的增大而增大的， 且 i′的增大只 是逐渐接近临界角，不可能等于或大于临界角。原因如下：在右 图中，对于球上任意一点，球面法线一定过圆心 O，设 r 为光从
3．全反射及临界角的概念 (1)全反射 光从光密介质射入光疏介质时，若入射角增大到某一角度 时， 折射光 完全消失，只剩下 反射光 的现象。
(2)临界角 刚好发生全反射，即折射角等于 90° 时的 入射角 ，用字母 C 表示。 (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 等于或大于 (4)临界角与折射率的关系 临界角。
应用全反射解决实际问题的解题要点 (1)把握“恰好全反射”“刚好全反射”所暗示的信息。 (2)明确光在介质中的传播速度与真空中光速的关系。 π (3) 常 用 数 学 公 式 要 熟 练 ， sin( － C) ＝ cosC ， cosC ＝ 2 1－sin2C。
易错警示培优
全反射理解存在的三个误区
1 光由介质射入空气(真空)时 sinC＝ n 。
二、全反射棱镜 截面为 等腰直角三角形 用是改变光的 方向 。 三、光导纤维 1．原理 利用了 全反射 的原理。
的棱镜为全反射棱镜，其作
2．构造 光导纤维是由非常细的特制玻璃丝制成的， 直径只有几微米 到一百微米，由 内芯 和 外套 两层组成，内芯的折射率比外套 的
答案：CD
[误点提炼] 误区 1：误认为光从光密介质射向光疏介质一 定能发生全反射 产生误区的原因是不理解发生全反射的条件， 光从光密介质 射向光疏介质且入射角大于或等于临界角，才能发生全反射现 象。
误区 2：误认为入射角足够大就一定发生全反射 产生误区的原因是对发生全反射的条件理解不透彻， 疏忽了 光必须从光密介质射入光疏介质， 在光由光疏介质射入光密介质 时，无论入射角多大都不能发生全反射。 误区 3：误认为入射角达到临界角时，折射光仍存在 产生误区的原因是对临界角的概念不理解， 当入射角达到临 界角时，恰好发生全反射，实际上折射光线已消失。
答案：CD
1．在界面Ⅰ上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？能发生全反射吗？ 提示：在界面Ⅰ，光由光疏介质(空气)进入光密介质(玻 璃)，不会发生全反射。 2．在界面Ⅱ上的入射角能大于临界角吗？ 提示：不能。界面Ⅱ上的入射角总等于界面Ⅰ上的折射 角，总小于临界角。
例2 半径为R的半圆柱形玻璃砖的横截面如图所示，O为圆心， 光线Ⅰ沿半径方向从a处射入玻璃砖后，恰在O点发生全反射。 另一条光线Ⅱ平行于光线Ⅰ从最高点b射入玻璃砖后，折射到 R MN上的d点，测得Od＝ 。求玻璃砖的折射率为多大？ 4
3．光导纤维的应用 (1)利用光导纤维可实现光纤通信，而光纤通信的主要优点 是容量大、衰减小、抗干扰性强等。 (2)医学上用光导纤维制成内窥镜，用来检查人体胃、肠、 气管等脏器的内部。
1．为什么全反射棱镜能够发生全反射？ 提示：入射光线是垂直于棱镜的边射入棱镜，光的传播方 向不变，所以在棱镜内部发生反射时入射角为45° ，而一般玻璃 的临界角在42° 左右，所以入射角大于临界角，发生全反射，如 图所示。
课前自主学习
一、全反射 1．光疏介质与光密介质 不同介质的折射率不同， 我们把折射率 较小 的介质称为光 疏介质，折射率 较大 的介质称为光密介质，光疏介质和光密介 质是 相对 的。
2．光在不同介质中的传播 光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速 度 小 ； 光由光密介质射入光疏介质时， 折射角 大于 入射角。
若n甲＞n乙，则甲是光密介 相对性 质，乙是光疏介质； 若n甲＜n丙，则甲是光疏介 质，丙是光密介质
折射角和入射 角的关系
光从光疏介质射入光密介质时，折射角 小于入射角。光从光密介质射入光疏介 质时，折射角大于入射角
2.全反射 (1)全反射及临界角的概念 ①全反射：光由光密介质射向光疏介质时，若入射角增大 到某一角度，使折射角达到90° 时，折射光完全消失，只剩下反 射光，这种现象叫做全反射。如图所示。
1 解析：设介质的折射率为n，则有sinα＝sinC＝n① c n＝v② s sinα s t＝ v ＝ ③ vsinα s sn2 由以上三式解得t＝ ＝ c ， c1 n· n 所以n＝ ct s。
答案：
ct s
1．“恰好发生全反射”意味着什么？ 提示：入射角α等于临界角C。 2．光在光导纤维中的传播速度等于真空中的光速吗？ c 提示：不等。光在光导纤维中的传播速度为v＝n。
2 2 n － sin θ sin θ 1－ 2 ＝ n 2
激光在玻璃光学纤维内壁不断反射，沿纤维轴 AA′方向的 速度不变：v′＝vcosγ l l 故激光在玻璃光学纤维中传导时所需的时间 t＝ ＝ v′ vcosγ n2l n2－sin2θ ＝ 。 2 2 cn －sin θ
n2l n2－sin2θ 答案：t＝ cn2－sin2θ
解析： 全反射发生的条件是： ①光从光密介质射向光疏介质， ②入射角大于或等于临界角。发生全反射时，全部光线均不进入 光疏介质。
答案：CD
课堂对点练习
要点一
全反射
1. 有一束单色光从 A 穿过 B 再折向 C，如图所示，下面说 法中正确的是( )
A 点射入时的折射角，i′为光从 B 点射出时的入射角，它们为 sini 等腰三角形的两底角，因此有 i′＝r，根据折射定律 n＝ ， sinr sini 得 sinr＝ n ，即随着 i 的增大，r 增大，但显然 r 不能等于或大 于临界角 C，故 i′也不可能等于或大于临界角，即光从 B 点射 出时，也不可能发生全反射，在 B 点的反射光射向 D 点，从 D 点射出时也不会发生全反射。选 CD。
例4 如图所示为一根直的均匀的玻璃光学纤维，长为l， 其两端口是平面，一束激光以对纤维轴AA′成一小角度θ射入 纤维左面，并从右面射出，已知玻璃纤维对这种激光的折射率 为n，光在真空中的速度为c，求激光在玻璃光学纤维中传导时 所需的时间。
c 解析：激光在玻璃中的速度 v＝n 设激光由空气进入玻璃后，折射角为 γ sinθ 则由折射定律得：n＝ sinγ sinθ 所以 sinγ＝ n 则 cosγ＝ 1－sin2γ＝
②临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90° 时的入射 角。用字母C表示。
(2)全反射的条件 要发生全反射，必须同时具备两个条件： ①光从光密介质射入光疏介质。 ②入射角等于或大于临界角。 (3)临界角与折射率的关系 1 光由介质射入空气(或真空)时，sinC＝n(公式)。
(4)从能量角度理解全反射 全反射是光折射时的特殊现象，全反射还可以从能量变化 角度加以理解。当光线从光密介质射向光疏介质时，在入射角 逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐 渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为 零，发生了全反射。发生全反射时，依然遵守反射定律。
3．临界角与介质的折射率具有怎样的定性关系？ 提示：折射率越大，介质的临界角越小。