2019-2020学年新一线导学同步人教版高中物理选修3-4_第十三章 (2)

2 全反射

[学科素养与目标要求]

物理观念：1.知道什么是光疏介质和光密介质，理解它们具有相对性.2.理解全反射现象，掌握临界角的概念和全反射的条件.3.了解全反射棱镜和光导纤维． 科学思维：利用全反射条件，应用临界角公式解答相关问题．

科学探究：采用实验观察、猜想、验证、归纳的方法得出全反射现象的发生条件、临界角概念等．

一、全反射

1．光疏介质和光密介质

(1)光疏介质：折射率较小(填“大”或“小”)的介质． (2)光密介质：折射率较大(填“大”或“小”)的介质． (3)光疏介质与光密介质是相对(填“相对”或“绝对”)的． 2．全反射现象

(1)全反射：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，折射光线完全消失，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，光从介质射入1空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sin C＝.

n(3)全反射发生的条件

①光从光密介质射入光疏介质． ②入射角等于或大于临界角． 二、全反射棱镜

1．形状：截面为等腰直角三角形的棱镜． 2．全反射棱镜的特点

(1)当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，与平面镜相比，它的反射率很高．

(2)反射面不必涂敷任何反光物质，反射时失真小． 三、光导纤维

1．原理：利用了光的全反射．

2．构造：由内芯和外套两层组成．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面

上发生全反射．

3．光纤通信的优点是容量大、衰减小、抗干扰性强等．

4．光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等．

1．判断下列说法的正误．

(1)入射角大于临界角就会发生全反射现象．( × ) (2)光密介质是指密度大的介质．( × )

(3)制作全反射棱镜的材料的折射率一定大于2.( × ) (4)光在光导纤维中的传播速度小于光在真空中的光速c.( √ )

2．一束光从某介质进入真空，方向如图1所示，则该介质的折射率为________；逐渐增大入射角，光线将________(填“能”或“不能”)发生全反射；若使光发生全反射，应使光从________射入________，且入射角大于等于________．

图1

答案

2 能 介质 真空 45°

一、全反射

当光从水中射向与玻璃的交界面时，只要入射角足够大就会发生全反射，这种说法正确吗？为什么？

答案 不正确．要发生全反射必须是光从光密介质射向光疏介质．而水相对玻璃是光疏介质，所以不管入射角多大都不可能发生全反射．

1．全反射现象 (1)全反射的条件：

①光由光密介质射入光疏介质． ②入射角大于或等于临界角．

(2)全反射遵循的规律：①发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射

1

定律．②全反射的临界角C和折射率n的关系：sin C＝.

n

(3)从能量角度来理解全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大．同时折射光线强度减弱，能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光线的能量等于入射光线的能量．

2．不同色光的临界角：由于不同颜色(频率不同)的光在同一介质中的折射率不同．频率越大的光，折射率也越大，所以不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越大的光的临界角越小，越易发生全反射．

例1 某种介质对空气的折射率是2，一束光从该介质射向空气，入射角是60°，则下列光路图中正确的是(图中Ⅰ为空气，Ⅱ为介质)( )

答案 D

12

解析 由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sin C＝＝，得C＝45°＜θ＝60°，故

n2在两介质的界面上会发生全反射，只有反射光线，没有折射光线，故选项D正确． 二、全反射棱镜

如图所示，已知玻璃的折射率为1.5，甲图中当光线垂直BC面入射时，光线到达AC面的入射角是多少？能否发生全反射？乙图中当光线垂直AC面入射时，光线到达AB面的入射角是多少？能否发生全反射？

答案 45° 能发生全反射 45° 能发生全反射

全反射棱镜改变光路的几种情况

入射方式 项目 方式一 方式二 方式三 光路图 入射面 全反射面 光线方向 改变角度 例2 空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图2所示．方框内有两个折射率n＝1.5的全反射玻璃棱镜．下列选项给出了两棱镜的四种放置方式的示意图．其中能产生图中效果的是( )

AB AC 90° AC AB、BC 180° AB AC 0°(发生侧移)

图2

答案 B

解析 四个选项的光路图如图所示：

可知B项正确． 三、光导纤维

如图所示是光导纤维的结构示意图，其内芯和外套由两种光学性能不同的介质构成．构成内芯和外套的两种介质，哪个折射率大？为什么？

答案 内芯的折射率大．因为当内芯的折射率大于外套的折射率时，光在传播时能发生全反