光的全反射
光的全反射原理
光的全反射原理光的全反射原理光的全反射原理是一种特殊的光学现象，它发生在光线射入介质时，因介质间的折射率差异而反射全部光线回程，造成光线完全照入物体。
全反射只发生在光线由比较低折射率的介质射入到高折射率的介质时。
介质的折射率比较低的一种物质常为空气或蒸汽，而折射率比较高的一种物质常为液体或固体，全反射所产生的光线可以分为漫射及表面反射光。
使用全反射可以获得较大程度的反光、反照明或聚光效果。
现在，光的全反射原理已经被广泛应用在照明、显示器以及光学行业中，这也使得光学行业取得了很大的发展。
未来，光的全反射原理可能会运用于更多的领域，如医疗设备等，有望获得更多的发展。
光的全反射是指介质间的折射率差异，使得由比较低折射率的介质射入比较高折射率的介质时，反射所有的光线到物体表面，无论是漫射光或表面反射光，它们都可以使用全反射法获得较大程度的反光，反照明或聚光效果。
根据实验可以确定，光波在折射率较大的介质的入射角超过折射极限角时，出射光线就会100%的利用全反射原理，而不会有折射发生，即“全反射”。
全反射的最常见的应用之一就是在矩阵式的光照明设备中，它们通过把封闭的空腔中的光源反射到室内环境上，从而达到节省能源的效果，减轻环境污染压力。
其中特别重要的一点就是空腔设计要选择合适的反射曲面，从而使得反射光线全部利用全反射几乎无损地回程，产生聚光效果。
另外，全反射的一大优势就是消除反射面上的人眼可见微粒，从而实现反射光的高效折射，从而有效提高光源的强度。
另外，全反射也可以用于许多其他方面，例如用于圆弧照明，光源通过多个反射镜和反射物，形成平均分布的光，可以满足半球形及全球形的照明需求，用于发光字、照明塔、橱柜、无线遥控设备等方面。
因此，光的全反射是一种特殊而又复杂的现象，在很多方面都有着广泛的应用，是一个具有重要成就和用处的物理现象。
通过深入的研究，以及正确的利用，可以发挥光的全反射原理的最大功效，节省能源、提高环境效率，让人们的生活更加科技实惠。
光的全反射
图中角a,b,c的大小关系是什么？ a=b a>c
折射率n
折射角的计算
n=c/v
光疏介质，光密介质 sina/sinc=n 我们知道，玻璃的折射率大于空气，当 光从空气射入玻璃中时，入射角大于折 射角，根据光路可逆原理，从玻璃射入 空气中时，入射角小于折射角 类比可知，只要光从折射率小的介质射入到 折射率大的介质中，入射角就大于折射角， 反过来入射角就小于折射角
全反射原理在生活中的应用 及对奇妙自然现象的解释
全反射棱镜 光导纤维
全反射原理在生活中的应用 及对奇妙自然现象的解释
光导 纤维
结构：内芯与外套 原理： 光的全反射 光纤通信 应用 光纤潜望镜 内窥镜
光导纤维的用途很大，通过它可以实现光纤减小、抗干扰性强．虽然光纤通信的发 展历史只有20多年的，但是发展的速度 是惊人的．
空气1 介质
玻璃2 介质
因此我们可以简单的将系统内的两种介质中折射率小的介质命名为光疏介质， 折射率大的物质命名为光密介质
系统内的两种介质中折射率小的介质命名为光疏介质，折射率大的物质命名为光密介 系统内的两种介质中折射率小的介质命名为光疏介质，折射率大的物质命名为光密介 质 质
注意！！！
光密介质与光疏介质的定义是 相对的 ，例如水的折射率为1.33，水晶的折射率为 1.55，金刚石的折射率为2.42，因此水晶与水相比较时水晶为光密介质 ，与金刚石 相比较时为 光疏介质
光从光密介质射入光疏介质
入射角大于或等于临界角
光的全反射在生活中的应用
全反射棱镜 光导纤维 海市蜃楼
1、一束经色激光从空气射到厚度均匀的平行玻 璃砖表面上，如图所示，请判断光在AB表面能否 发生全反射？光在CD表面能否发生全反射？为什 么？
认识光的全反射现象
实验结果和分析
实验结果
当入射角增大到某一角度（临界角）时，光线不再折射进入空气，而是完全反射回玻璃 砖内。
结果分析
光从光密介质（玻璃）射向光疏介质（空气）时，折射角大于入射角。随着入射角的增 大，折射角也增大。当入射角增大到某一角度时，折射光线完全消失，只剩下反射光线，
这种现象叫做光的全反射。
实验注意事项
光的偏振和色散
偏振现象
光波是横波，其振动方向垂直于传播 方向。偏振光指的是光波中振动方向 对于传播方向的不对称性。例如，通 过偏振片可以观察到光的偏振现象。
色散现象
复色光分解为单色光的现象叫光的色 散。色散现象表明，复色光是多种单 色光的混合。例如，棱镜可以将白光 分解为七色光。
光的量子性和波粒二象性
未来研究方向和应用前景
01
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04
深入研究全反射现象的物理机 制，探索其在不同介质和条件
下的表现和特点。
拓展全反射现象的应用领域， 如光纤通信、光学传感、光学
器件设计等。
探索全反射现象与其他物理现 象的相互作用和影响，如非线 性光学效应、量子光学效应等
。
发展新型材料和结构，实现全 反射现象的可控和高效利用， 推动光学技术的创新和发展。
对光的全反射现象的深入理解
光的全反射现象是光从光密介质射向光疏介质时，当入射角增大到某一角度，使折 射角达到临界角时，折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象。
全反射现象的产生与光的波动性质有关，是光在两种不同介质分界面上发生的一种 特殊现象。
在全反射现象中，光在介质分界面上的反射和折射遵循斯涅尔定律和菲涅尔公式， 同时伴随着倏逝波的产生。
01
保持实验环境的清洁， 避免灰尘等杂质影响实 验结果。
光的全反射产生条件
光的全反射产生条件引言光的全反射是光从光密介质射向光疏介质时发生的现象，当光从光密介质射向光疏介质的入射角大于临界角时，光将完全反射回光密介质中，这种现象称为光的全反射。
本文将对光的全反射的产生条件进行全面、详细、完整且深入的探讨。
光的全反射条件为了发生全反射，必须满足以下几个条件：1. 光从光密介质射向光疏介质光的全反射只会发生在两种介质之间的边界面上，其中一种介质的折射率比另一种介质的折射率大。
2. 光的入射角大于临界角当光从光密介质射向光疏介质时，入射角必须大于临界角才能发生全反射。
临界角是指使光完全发生反射的最大入射角。
当入射角大于临界角时，光将被完全反射回光密介质中。
临界角的计算公式为：临界角=arcsin(n2 n1 )其中，n1为光密介质的折射率，n2为光疏介质的折射率。
3. 光的入射角小于90度光的入射角必须小于90度，因为当入射角为90度时，光将无法穿过边界面，而是发生了切线摆脱光密介质，进入光疏介质的边界。
光的全反射应用光的全反射在实际生活中有许多应用。
以下是一些例子：1. 光纤通信光纤通信是利用光的全反射进行信息传输的技术。
光纤中心的光芯是由高折射率的材料构成，周围是低折射率的材料。
当光从光纤中心射向光纤外部时，由于入射角大于临界角，光会被完全反射在光纤内部，从而能够有效传输信号。
2. 光学稳定器光学稳定器是一种可以使光保持直线传播的装置。
通过利用光的全反射的原理，在光路中设置一系列反射面，将入射光束进行多次全反射，使光线保持直线传播而不会发生散射。
3. 光学薄膜在光学薄膜中，利用光的全反射特性可以实现光的反射和透射的调控。
通过调整光密介质和光疏介质的折射率以及控制光的入射角，可以实现对特定波长光的反射和透射，从而用于光学器件和光学涂层的制备。
结论光的全反射是光从光密介质射向光疏介质时产生的一种现象。
要发生全反射，必须满足光从光密介质射向光疏介质、入射角大于临界角以及入射角小于90度等条件。
光的全反射
玻璃砖 空气
θ3 θ1 θ2
玻璃砖 空气
θ3 θ1 θ2
玻璃砖 空气
θ3 θ1 θ2
玻璃砖 空气
θ3 θ1 θ2
玻璃砖 空气
θ3 θ1 θ2
玻璃砖 空气
θ3 θ1 θ2
二、全反射现象
1、全反射：光从光密介质射到光疏介质的界面时，当
入射角逐渐增大到某一角度，光线全部被反射回原光
密介质的现象。
第三节
光的全反射
一、光密介质和光疏介质 1.光密介质：折射率较大的介质叫光密介质。 2.光疏介质：折射率较小的介质叫光疏介质。 3.光在光密介质中的传播速度小于在光疏介质中 的传播速度。
注意：“光密介质”和“光疏介质” 是相对而言的， 对其界定是以折射率为依据的。
几种介质的折射率
介质 金刚石 二氧化碳 玻璃
发生全反射时，折射光线消失，反射光线最强.
2、临界角：我们把光从某种介质射向真空或空气时，
使折射角恰好为90°时的入射角，称做这种介质临界
角。用C 表示。
n=
sin sin
9C0°=
1
sin
C
sin C =
1
n
3、全反射 ①光线从光密介质射入光疏介质
②入射角大于或等于临界角C.
N
B
θ2 O 光疏介质1.5-1.8
1.55
介质 岩盐 酒精
水 空气
折射率 1.55 1.36 1.33
1.00028
A
N
θ1
O
空气 介质1
θ2
N' B
A
N
θ1
O
空气 介质2
θ3
N' B
介质1与介质2相对空气都是光密介质 介质1相对介质2是光疏介质
光的全反射的公式
光的全反射的公式光的全反射是光线由光密介质射入光疏介质时，在一定的角度下发生的现象。
在光密介质和光疏介质的交界面上，当光线从光密介质射入光疏介质时，当入射角大于临界角时，光线将完全发生反射，不再透射到光疏介质中。
全反射的公式为：sin i / sin r = n2 / n1其中，i为入射角，r为反射角，n1为光密介质的折射率，n2为光疏介质的折射率。
光的全反射是由光在两种介质交界面上折射率不同引起的。
当光由光密介质射入光疏介质时，光线会发生弯曲，即发生折射。
根据斯涅尔定律，入射角和折射角之间满足sin i / sin r = n2 / n1的关系。
当入射角小于临界角时，折射角为正，光线会透射到光疏介质中；当入射角等于临界角时，折射角为90°，光线会沿着交界面发生全反射；当入射角大于临界角时，折射角不存在，光线完全反射回光密介质中。
全反射在光学中有着广泛的应用。
例如，光纤通信中就利用了光的全反射原理。
光纤的核心是光密介质，外包覆的是光疏介质，通过控制入射角使光线在光纤中发生多次全反射，从而实现信号传输。
光的全反射还可以用于制作光学器件，如反射镜和光学棱镜等。
除此之外，光的全反射还有一些特殊的现象。
例如，当光线由光密介质射入光疏介质时，如果入射角超过90°，光线将无法从光疏介质中透射出来，而是会被完全反射回光密介质中。
这种现象被称为超全反射。
此外，当光线由光密介质射入光疏介质时，如果入射角等于0°，光线不会发生折射，而是会沿着交界面直接传播，这种现象被称为正入射。
光的全反射是光在不同介质之间传播时的重要现象。
它不仅有着理论上的意义，也有着广泛的应用价值。
通过控制光线的入射角和介质的折射率，我们可以利用光的全反射实现信号传输、制造光学器件等。
深入理解和应用光的全反射，对于我们更好地认识光学现象和推动光学技术的发展具有重要意义。
光的全反射ppt课件
例如，水晶与水相比， 水晶为光密介质，水为光疏介质 水与空气相比， 水为光密介质，空气为光疏介质。
发生全反射的条件是: 光由光密介质射入光疏介质， 且入射角大于等于临界角。 例如，当光从水晶射入水时可能发生全反射，而光从水射入水晶 时就不会发生全反射，
典例
一束单色光从玻璃射入空气。 已知玻璃的折射率n=1.53，当入射角分别为50°、30 °时，光能 否发生折射? 若能，折射角为多大?
光由不同的介质射入真空或空气时，临界角不同根据折射定律， 光从折射率为n的某种介质进入真空或空气时的临界角C应满足
1
根据公式 sinC= 1可求出不同介质的临界角。
n
钻石的临界角约为 24.4° 水的临界角约为 48.8° 而玻璃因制造材料的不同，临界角有较大的差异，一般在 30°— 42°
介质的临界角越小，就越容易发生全反射。
科学知识
为了使钻石能发生全反射，需要将其表面打磨成特定的角 度使射到钻石背面的光的入射角大于其临界角24.4°。
科学知识
在图4-30中，图(a)是打合适的一种式样而图(b)(c)分别是 打得太深、太浅的情况，这样光会从其侧面或者底面射出， 使钻石失去光泽。
课堂练习
课堂练习
1.自行车尾灯用透明介质制成， 其外形如图所示。请说明自行 车尾灯在夜晚被灯光照射时特 别明亮的原因。
用同样的分析方法可知，当光 垂直于 AC面射入棱镜时，在两 个直角边的界面都会发生全反 射，使光的传播方向改变了 180°(图4-25)。
全反射棱镜的反射性能比镀 银的平面镜更好，精密的光 学仪器常用它代替镀银平面 镜来反射光，如全反射棱镜 应用于潜望镜等
美妙的彩虹，常引发人们产生美好的联想，被比喻为“天空的 微笑”“相会的彩桥”等。通常能看见的彩虹是红色在外、紫 色在内，这被称为“虹”。
解释并举例说明光的全反射现象。
实验步骤：将棱镜慢慢转动，观察到光线在某一角度时完 全反射到屏幕上，形成一条亮线。
实验步骤：将棱镜慢慢转动，观察到光线在某一角度时完全反射到屏幕上， 形成一条亮线。
实验原理：当光线从光密介质射向光疏介质时，若入射角大于或等于临界 角，光线就会发生全反射现象。
实验器材：棱镜、光源、屏幕、支架等。
实验注意事项：确保棱镜表面干净，调整光源和屏幕的位置，使光线能够 正确射入棱镜。
显微镜：利用全反射 现象，将微小物体发 出的光聚焦并成像在 目镜上，从而观察到 微小的细节。
光纤通信：利用全反 射现象，将光信号在 光纤中传输，实现高 速、大容量的信息传 输。
光学传感器：利用全 反射现象，检测物体 的位置、形状、大小 等信息，广泛应用于 工业、医疗等领域。
太阳能收集器：利用全反射现象来聚焦阳光，提高太阳能 的收集效率。
意义：光的全反射现象在光学、通信、水下探测等领域有广泛应用。例如，利用全反射现象可以制作光学仪器、提高光学 元件的成像质量；在光纤通信中，全反射现象被用来传递信息；在水下探测中，全反射现象可以帮助我们发现水下目标。
临界角的定义：当入射角增大到某一角度时，光在界面上 发生全反射，这个角度叫做临界角。
图像显示：全反射现象用于制造全息图像，实现三维图像的显示。
光学传感器：利用全反射现象检测各种物理量，如压力、温度、位移等。
光学仪器：利用全反射现象来改变光的传播路径，制造出 各种光学仪器，如望远镜、显微镜等。
望远镜：利用全反射 现象，将远处物体发 出的光聚焦并成像在 目镜上，从而观察到 远处的景物。
光的全反射现象的定义：当光从光密介质射入光疏介质，入射角大于或等于临界角时，光线全部 反射回原介质的现象。
临界角的定义：当入射角增大到某一角度时，光在界面上发生全反射，这个角度叫做临界角。
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（选修3-4）13.7 全反射
一、针对训练
1.什么是临界角? 临界角公式怎样推导?
空气时入射角为60°，其正确的光路图如图1中哪一幅所示？
3．一束平行单色光从真空射向一块半圆形的玻璃块，入射方向垂直直径平面，如图，已知该玻璃的折射率为2，下列判断中正确的是：
A．所有光线都能通过玻璃块
B．只有距圆心两侧R/2范围内的光线才能通过玻璃块
C．只有距圆心两侧R/2范围内的光线不能通过玻璃块
D．所有光线都不能通过玻璃块
4．介质Ⅰ中光速为v1=c，介质Ⅱ中的光速为v2=c/2，临界角为30°，如果光线a，b如图中所示射到Ⅰ、Ⅱ两介质的分界面上，那么正确的是
A．a，b均不能发生全反射B．a，b均能发生全反射C．a能发生全反射D．b能发生全反射
5．用临界角为42°的玻璃制成的三棱镜ABC，∠B=15°，∠C=90°，一束光线垂直AC面射入，如图5它在棱镜内发生全反射的次数为
A．2次B．3次C．4次D．5次
6．如图所示，入射光线1经45°的直角三棱镜折射，反射后，沿着与入射光相反的方向射出，如图中光线Ⅱ所示，现将棱镜顺时针方向转过一个小角α，如图虚线所示，则
A．出射光线应与光线Ⅰ平行
B．出射光线也顺时针方向转过α角
C．出射光线逆时针方向转过α角
D．出射光线顺时针方向转过2α角
7．光由空气以45°的入射角射向介质时，折射角是30°，则光由介质射向空气的临界角是____。
8．如图所示的三棱镜中，BC面镀有反射膜，一束白光斜射入AB面，经棱镜后在屏幕的bc 段形
成彩色光带，则b点颜色是____色（屏幕距棱镜的AC面较近且与AC面平行）。
9、水的折射率n＝4
3
，当在水面下h＝2m深处放一强点光源时，看到透光水面的最大直径是
多大？当此透光水面的直径变大时，光源正在上浮还是正在下沉？
10.如图所示,图中的水的折射率n=1.414,在水面下有一点光源A,则点光源能够照亮的区域是哪一部分? 它的面积多大?
答案：
1、略
2．D
3．B
4．D
5．B
6．A
7、45°
8、红
9．4.54m，下沉
10、略
二、知识拓展——蜃景的倒立和正立由谁来定
蜃景，又叫海市蜃楼。
它不仅会在夏日的海面上出现，还能在内陆沙漠上出现。
但，出现在这两处的蜃景，却有正立和倒立的差异，这是为什么？
根据光的折射原理可知：当光从光密介质射到光疏介质的界面上时，如果入射角等于或大于临界角，就会发生全反射。
我们知道，空气密度随温度的升高而减小，由于海水和沙石的比热不同，造成其上方空气的密度分布不均匀，形成一层层折射率不同的介质。
夏日白天，靠近海面的空气比上方空气温度低，空气的折射率由下向上逐渐减小，形成层层折射率不同的介质层。
当远处景物发出的光线射向空中时，经过层层折射，入射角不断增大，当大于临界角时，就会发生全反射。
若反射光线进入观察者的眼里，就会看到远处像悬在空中的正立的景物。
而沙漠地带形成蜃景的过程正好相反：由于阳光的照射，靠近地面的空气温度比上层高，空气的折射率由下向上逐渐增大，远处景物射出的光线射向地面时，经过层层折射，入射角逐渐增大，当达到临界角时，就会发生全反射，这时观察者看到贴近地面的景物全是倒立的。
综上所述，所谓蜃景不管倒立还时正立，都是光在密度不均匀的空气中传播时发生的全反射现象，其原理都是相同的。