第2節(jié)全反射一、全反射

閱讀教材第48～50頁(yè)，知道光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的概念、全反射現(xiàn)象、臨界角的概念，初步掌握全反射發(fā)生的條件。1.光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)(1)定義：折射率_______的介質(zhì)稱為光疏介質(zhì)，折射率_______的介質(zhì)稱為光密介質(zhì)。(2)對(duì)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解①光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是相對(duì)而言的，同一種介質(zhì)，相對(duì)其他介質(zhì)來(lái)說(shuō)可能是光疏介質(zhì)，也可能是光密介質(zhì)。較小較大②光在光密介質(zhì)中的傳播速度比在光疏介質(zhì)中的傳播速度____。③光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，折射角________入射角；反之，光由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)時(shí)，折射角________入射角。④光疏和光密是相對(duì)介質(zhì)的光學(xué)特性來(lái)說(shuō)的，并不指它的密度大小。小大于小于2.全反射(1)定義：當(dāng)光從_______介質(zhì)射入_______介質(zhì)時(shí)，同時(shí)發(fā)生折射和反射。如果入射角逐漸增大，折射光離法線會(huì)越來(lái)越____，而且越來(lái)越____，反射光卻越來(lái)越____。當(dāng)入射角增大到某一角度，使折射角達(dá)到_______時(shí)，折射光完全消失，只剩下反射光，這種現(xiàn)象叫做全反射。這時(shí)的_________叫做臨界角。(3)發(fā)生全反射的條件①光從光密介質(zhì)射入________介質(zhì)。②入射角______________臨界角。光密光疏遠(yuǎn)弱強(qiáng)90°入射角光疏大于或等于思維拓展當(dāng)光從水中射向與玻璃的交界面時(shí)，只要入射角足夠大就會(huì)發(fā)生全反射，這種說(shuō)法正確嗎？為什么？答案不正確。要發(fā)生全反射必須是光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。而水相對(duì)玻璃是光疏介質(zhì)，所以不管入射角多大都不可能發(fā)生全反射。二、全反射棱鏡和光導(dǎo)纖維

閱讀教材第50～52頁(yè)，了解反全射的應(yīng)用。1.全反射棱鏡(1)全反射棱鏡是截面為_(kāi)______________的棱鏡。(2)全反射棱鏡的特點(diǎn)：①當(dāng)光垂直于它的一個(gè)界面射入后，都會(huì)在其內(nèi)部發(fā)生_________，與平面鏡相比，它的反射率高，幾乎可達(dá)100%。②反射面不必涂敷任何反光物質(zhì)，反射時(shí)失真小。等腰直角三角形全反射(3)全反射棱鏡改變光路的兩種常見(jiàn)情況。如圖1甲、乙所示。圖12.光導(dǎo)纖維(1)光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理：________。(2)光導(dǎo)纖維構(gòu)造由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的_____，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生________(如圖2所示)。圖2(3)光纖通信的優(yōu)點(diǎn)是容量____、衰減____、抗干擾性____等。(4)光導(dǎo)纖維除應(yīng)用于光纖通信外，還可應(yīng)用于醫(yī)學(xué)上的內(nèi)窺鏡等。全反射大全反射大小強(qiáng)思考判斷(2)全反射棱鏡可以使光線傳播的方向改變90°或180°。(

)(3)用任意一種材料制作的等腰直角三棱鏡都是全反射棱鏡。(

)(4)全反射棱鏡和平面鏡相比，反射光比入射光能量損失要小。(

)(5)光導(dǎo)纖維傳遞光信號(hào)是利用光的全反射原理。(

)(6)光在光導(dǎo)纖維中的傳播的速度小于光在真空中的光速c。(

)(7)光導(dǎo)纖維內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率，光傳播時(shí)在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射。(

)√√×√√√√對(duì)全反射的理解[要點(diǎn)歸納]

1.光從一種介質(zhì)射到另一種介質(zhì)的界面上，反射現(xiàn)象一定發(fā)生，折射現(xiàn)象有可能發(fā)生。光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角從0開(kāi)始逐漸增大時(shí)，折射光逐漸減弱，反射光逐漸增強(qiáng)，若發(fā)生了全反射，則折射光消失，折射現(xiàn)象消失，反射能量等于入射能量。2.全反射遵循的規(guī)律：發(fā)生全反射時(shí)，光全部返回原介質(zhì)，入射光與反射光遵循光的反射定律，由于折射現(xiàn)象消失，光的折射定律不再適用。[精典示例][例1]

(多選)如圖3所示，半圓柱形玻璃磚放在空氣中，三束同一顏色、強(qiáng)度相同的光，均由空氣沿半圓半徑方向射入玻璃磚，到達(dá)玻璃磚的圓心位置。下列說(shuō)法正確的是(

)圖3A.假若三束光中只有一束在O點(diǎn)發(fā)生了全反射，那一定是aO光B.假若bO光能發(fā)生全反射，那么cO光也一定能發(fā)生全反射C.假若bO光能發(fā)生全反射，那么aO光也一定能發(fā)生全反射D.假若aO光恰能發(fā)生全反射，則bO光的反射光比cO光的反射光的亮度大解析三束光沿著指向圓心的方向由空氣射向玻璃磚，在玻璃磚界面，它們的入射角為零，均不會(huì)偏折。在玻璃磚直徑界面，aO光的入射角最大，cO光的入射角最小，它們都是從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，都有發(fā)生全反射的可能。如果只有一束光發(fā)生了全反射，那一定是aO光，因?yàn)樗娜肷浣亲畲?，所以選項(xiàng)A正確；假若bO光能發(fā)生全反射，說(shuō)明它的入射角等于或大于臨界角，aO光的入射角更大，所以，aO光一定能發(fā)生全反射，cO光的入射角可能大于或等于臨界角，也可能小于臨界角，因此，cO光不一定能發(fā)生全反射，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確；假若aO光恰能發(fā)生全反射，則bO光和cO光都不能發(fā)生全反射，但bO光的入射角更接近于臨界角，所以，bO光的反射光較cO光的反射光強(qiáng)，即bO光的反射光亮度較大，所以選項(xiàng)D正確。答案

ACD(1)光的反射和全反射均遵循光的反射定律，光路均是可逆的。(2)光射向兩種介質(zhì)的界面上時(shí)，往往同時(shí)發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象，但在全反射現(xiàn)象中，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射。入射角等于臨界角時(shí)，折射角等于90°，實(shí)際上已經(jīng)沒(méi)有折射光了。

答案D全反射的有關(guān)計(jì)算[要點(diǎn)歸納]應(yīng)用全反射解決實(shí)際問(wèn)題的基本方法(1)確定光是由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)還是由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)。[精典示例][例2]

一厚度為h的大平板玻璃水平放置，其下表面貼有一半徑為r的圓形發(fā)光面。在玻璃板上表面放置一半徑為R的圓紙片，圓紙片與圓形發(fā)光面的中心在同一豎直線上。已知圓紙片恰好能完全遮擋住從圓形發(fā)光面發(fā)出的光線(不考慮反射)，求平板玻璃的折射率。解答全反射問(wèn)題的技巧(1)解答全反射問(wèn)題時(shí)，要抓住發(fā)生全反射的兩個(gè)條件：一是光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，二是入射角大于或等于臨界角。(2)利用好光路圖中的臨界光線，準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關(guān)鍵，且在作光路圖時(shí)盡量與實(shí)際相符。

[針對(duì)訓(xùn)練2]

如圖4所示，某種透明物質(zhì)制成的直角三棱鏡ABO，∠A＝30°，一束光線在紙面內(nèi)垂直AB邊射入棱鏡。如圖所示，發(fā)現(xiàn)光線剛好不能從BO面射出，而是最后從AO面射出。求：圖4(1)透明物質(zhì)的折射率n；(2)光線從AO面射出時(shí)的折射角α。(結(jié)果可以用α的三角函數(shù)表示)解析

(1)由題意可知，光線從AB邊垂直射入，恰好在BO面發(fā)生全反射，光線最后從AO面射出，光路圖如圖。(2)由幾何關(guān)系知：β＝30°[要點(diǎn)歸納]

光導(dǎo)纖維當(dāng)光導(dǎo)纖維的折射率為多少時(shí)，就可以使以任意角度入射的光都能發(fā)生全反射？全反射的應(yīng)用圖5[精典示例][例3]

如圖6所示為一光導(dǎo)纖維(可簡(jiǎn)化為一長(zhǎng)直玻璃絲)的示意圖，玻璃絲長(zhǎng)為L(zhǎng)，折射率為n，AB代表端面。已知光在真空中的傳播速度為c。圖6(1)為使光能從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣?，求光在端面AB上的入射角應(yīng)滿足的條件；(2)求光從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣嫠璧淖铋L(zhǎng)時(shí)間。解析(1)設(shè)光在端面AB上C點(diǎn)(如圖)的入射角為i，折射角為r，由折射定律有sini＝nsinr光速在玻璃絲軸線上的分量為