第2节 全__反__射
光疏介质和光密介质 [探新知·基础练] 定义 光疏介质 折射率较小的介质 光密介质 折射率较大的介质 传播速度 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 折射特点 (1)光从光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角 (2)光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角 [辨是非](对的划“√”，错的划“×”) 1．密度大的物质叫光密介质，密度小的物质叫光疏介质。(×)
2．光疏介质和光密介质是相对的，同一种物质对一种介质可能是光疏介质，对另一种可能是光密介质。(√)
[释疑难·对点练]
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，并不是绝对的。例如：水晶(n＝1.55)对玻璃(n＝1.5)是光密介质，而对金刚石(n＝2.42)就是光疏介质。如果只有一种介质，说它是光疏介质还是光密介质是没有意义的。
(2)光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的密度大小。例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介质。
(3)光疏介质、光密介质是对确定的两种传播介质而言的。任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小，来判定谁是光疏介质或光密介质。
[试身手]
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质
B．因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质 C．同一束光，在光密介质中的传播速度较大 D．同一束光，在光密介质中的传播速度较小
解析：选BD 因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质；由v＝可知，光在光密介质中的速度较小。故B、D正确。
cn
全反射及其产生条件 [探新知·基础练] 1．全反射及临界角的概念
(1)全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射。若入射角增大到某一角度，折射光线就会消失，只剩下反射光线的现象。
(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。 2．发生全反射的条件
(1)光从光密介质射入光疏介质。 (2)入射角大于或等于临界角。 3．临界角与折射率的关系
1
(1)定量关系：光由介质射入空气(或真空)时，sin C＝(公式)。
n(2)定性：介质的折射率越大，发生全反射的临界角就越小，越容易发生全反射。 4．常见的全反射现象 (1)海水的浪花呈现白色。 (2)水中的气泡亮晶晶的。
(3)炎热夏天的柏油路面显得格外明亮光滑。 (4)海市蜃景。
[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)
1．当发生全反射时，光的传播仍遵循反射定律及光路的可逆性。(√) 2．介质的折射率越大，临界角越小，越难发生全反射。(×)
3．当入射角达到临界角时，折射光线的强度减弱到零，反射光的能量等于入射光的能量。(√)
[释疑难·对点练]
1．对全反射现象的理解
(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。若发生了全反射，则折射光线消失，折射现象没有发生，反射光的能量等于入射光的能量。
(2)全反射现象仍然符合光的反射定律。
(3)发生全反射时必须同时满足的两个条件是：光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于等于临界角。
2．解决全反射问题的思路
(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。
1
(2)若由光密介质进入空气时，则根据sin C＝确定临界角，看是否发生全反射。
n
(3)根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”。
(4)运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理，进行动态分析或定量计算。
[试身手]
2．(多选)关于全反射，下列说法中正确的是( )
A．发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线
B．光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象 C．光从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射现象
D．水或玻璃中的气泡看起来特别亮，是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生全反射
解析：选CD 发生全反射时，反射光线的能量等于入射光线的能量，没有折射光线，A错；由发生全反射的条件知B错，C对；D项中射向气泡的光线经全反射反射回来进入人眼的光线强度大，故看起来特别亮，故D对。
全反射的应用 [探新知·基础练] 1．全反射棱镜
(1)形状：截面为等腰直角三角形的棱镜。 (2)光学特性：
①当光垂直于截面的直角边射入棱镜时，光在截面的斜边上发生全反射，光线垂直于另一直角边射出；
②当光垂直于截面的斜边射入棱镜时，在两个直角边上各发生一次全反射，使光的传播方向改变了180°。
2．光导纤维及其应用 (1)原理：利用了光的全反射。
(2)构造：光导纤维是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外层透明介质两层组成。内芯的折射率比外层的大，光传播时在内芯与外层的界面上发生全反射。
(3)主要优点：容量大、能量损耗小、抗干扰能力强，保密性好等。 [辨是非](对的划“√”，错的划“×”)
1．早晨植物叶子上的露珠看起来特别明亮是因为光发生全反射。(√) 2．光导纤维是利用了全反射原理。(√)
[释疑难·对点练]
1．全反射棱镜
全反射棱镜是利用全反射改变光路以便于观察而制成的。在图中的等腰直角三角形ABC
表示一个全反射棱镜的横截面，它的两直角边AB和BC表示棱镜上两个互相垂直的侧面。如果光线垂直地射到AB面上，光在棱镜内会沿原来的方向射到AC面上。由于入射角(45°)大于光从玻璃射入空气的临界角(42°)，光会在AC面上发生全反射，沿着垂直于BC的方向从棱镜射出(图甲)。如果光垂直地射到AC面上(图乙)，沿原方向射入棱镜后，在AB、BC两面上都会发生全反射，最后沿着与入射时相反的方向从AC面上射出。生活中有许多地方都用到了这一原理，例如自行车尾灯(图丙)。在光学仪器里，常用全反射棱镜来代替平面镜，改变光的传播方向。图丁是全反射棱镜应用在潜望镜里的光路图。
2．光导纤维
光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1～100 μm左右。如图所示，它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折
射率，光由一端进入，在两层的界面上经过多次全反射，从另一端射出。光导纤维可以远距离传播光信号，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图象。如果把许多(上万根)光导纤维合成一束，并使两端的纤维按严格相同的次序排列，就可以传输图象。
[试身手]
3．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和外层两层介质组成，下列说法正确的是( )
A．内芯和外层折射率相同，折射率都很大 B．内芯和外层折射率相同，折射率都很小 C．内芯和外层折射率不同，外层折射率较小 D．内芯和外层折射率不同，外层折射率较大
解析：选C 光在光导纤维内传播而不折射出来，这是光在内芯和外层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层的折射率，所以C正确。
全反射临界条件的应用
[典例1] 一个半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为R的半圆，
AB为半圆的直径，O为圆心，如图所示。玻璃的折射率为n＝2。
(1)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束在AB上的最大宽度为多少？
(2)一细束光线在O点左侧与O相距出点的位置。
[解析] (1)在O点左侧，设从E点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角θ，则OE区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，如图甲所1示。由全反射条件有sin θ＝①
3
R处垂直于AB从下方入射，求此光线从玻璃砖射2
n
甲
由几何关系有OE＝Rsin θ②
由对称性可知，若光线都能从上表面射出，光束的宽度最大为 l＝2OE③ 联立①②③式，代入已知数据得
l＝2R。④
(2)设光线在距O点已知条件得
3
R的C点射入后，在上表面的入射角为α，由几何关系及①式和2
α＝60°>θ⑤
乙
光线在玻璃砖内会发生三次全反射，最后由G点射出，如图乙所示。由反射定律和几何关系得
OG＝OC＝
3
R⑥ 2
射到G点的光有一部分被反射，沿原路返回到达C点射出。 [答案] (1)2R (2)光线从G点射出时，OG＝OC＝射，沿原路返回到达C点射出
3
R，射到G点的光有一部分被反2
高中物理 第十三章 光 第2节 全反射学案 新人教版选修3-4.doc
