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全 反 射
一、光疏介質與光密介質
1、定義:
1)、光疏介質:兩種介質中折射率較小的介質叫做光疏介質.
2)、光密介質:兩種介質中折射率較大的介質叫做光密介質.
光在光密介質中的傳播速度比光在光疏介質中的傳播速度小
由公式
可知
2、理解:
1)、光疏介質光密介質是相對而言的.只有對給定的兩種介質才能談光疏介質與光密介質.沒有絕對的光密介質.
如：水、玻璃和金剛石三種介質比較，
n水＝1.33 n玻璃＝1.5～1.8 n金剛石＝2.42。
對水而言，玻璃是光密介質；但對金剛石而言，玻璃則是光疏介質。
2)、光疏介質與光密介質的界定是以折射率n為依據的,與媒質的其它屬性(如密度等)無關.
i
3、 思考光進入不同介質時的角度大小關系：
N
N'
A
O
B
光密介質
i
r
光從光疏介質進入光密介質
N
N'
A
O
B
光疏介質
光密介質
光從光密介質進入光疏介質
r
光疏介質
逐漸增大入射角，當入射角增大到某一角度，折射角接近90°時，繼續增大入射角，這時會發生什么情況？
θ1
θ2
N
N'
A
O
B
光疏介質
光密介質
B
θ1
θ2
N
N'
A
O
光密介質
光疏介質
思考：
二、全反射:
1、全反射：當光從光密介質進入光疏介質時,折射角大于入射角.當入射角增大到某一角度時,折射角等于900,此時,折射光完全消失，只剩下反射光, 這種現象叫做全反射.
2、臨界角:
1)、定義:光從光密介質射向光疏介質時,折射角等于900時的入射角,叫做臨界角.用字母C表示.
當光由光密介質射入光疏介質時:
若入射角i若入射角i≥C,則發生全反射現象.
2)、臨界角的計算:
當光由某種介質射入真空或空氣時:
.
從這個關系式可以看出，介質的折射率越大，發生全
反射的臨界角越小。水的臨界角為48.8°，各種玻璃的臨界角為32°~ 42°，金剛石的臨界角為24.4°
全反射是自然界中常見的現象。例如，水中或玻璃中
的氣泡，看起來特別明亮，就是因為光從水或玻璃射向氣泡時，一部分光在界面上發生了全反射的緣故。
［例題］：嘗試過在游泳課的時候潛入水中看岸上的景物嗎 你會發現水面上的所有景物，都出現在一個倒立圓錐里，為什么？
接近900
接近900
c
c
c
c
解：由臨界角公式SinC=1/n和水的率n=1.33，可求得臨界角C：
SinC=
設圓錐的頂角為θ，則有
θ =2C=97.60
C=48.80
1.光在某種介質中的傳播速度1.5×108m/s，
則光從此介質射向真空并發生全反射的臨界角是 ( )
A.15° B.30°
C.45° D.60°
B
2.某玻璃的臨界角為42°，當在玻璃中的某一光線射到玻璃與空氣的分界面時，若入射角略小于臨界角，則光線在空氣中的折射角應為 ( )
A.小于42°
B.小于60°
C.小于90°
D.無折射光線
C
3.紅光和紫光相比（ ）
A 在真空中傳播時，紫光的速度比較大
B 在玻璃中傳播時，紅光的速度比較大
C 玻璃對紅光的折射率較紫光大
D 從玻璃到空氣的界面上，紅光的臨界角較紫光大
B D
4.如圖所示，一束白光以較大的入射角射到三棱鏡的一側面上，從三棱鏡的另一側面射出，在屏上形成從紅到紫的彩色光帶.光入射角逐漸減小時（ ）
A.紅光最先消失
B.紫光最先消失
C.紅光和紫光同時消失
D.紅光和紫光都不會消失
Ｂ
5.一束光從空氣射向折射率為n= 的某種玻璃的表面，如圖所示，i代表入射角，則( )
BCD
A.當i＞45°時會發生全反射現象
B.無論入射角是多大，折射角都不會超45°
C.欲使折射角 =30°應以i=45°的角度入射
D.當入射角tani= 時，反射光線跟折射光線恰好互相垂直
三、全反射的應用
1、光導纖維—光纖通訊
一種利用光的全反射原理制成的能傳導光的玻璃絲,由內芯和外套組成,直徑只有幾微米到100微米左右,內芯的折射率大于外套的折射率.當光線射到光導纖維的端面上時,光線就折射進入光導纖維內,經內芯與外套的界面發生多次全反射后從光導纖維的另一端面射出,而不從
外套散逸,故光能損耗極小
利用光導纖維可以彎曲傳光,傳像,可制作各種潛望鏡,醫用內窺鏡等.
利用光纖可實現光纖通信，而光纖通信的主要優點是容量大、衰減小、抗干擾性強.
光導纖維的用途很大，醫學上將其制成內窺鏡，用來檢查人體內臟的內部
內窺鏡的結構
光導纖維在醫學上的應用
2.常見的全反射現象
（1）水或玻璃中的氣泡看上去特別明亮
水或玻璃中的氣泡是光疏介質，光經水或玻璃照射氣泡時，一部分光會發生全反射，有更多的光反射到人的眼睛中，人眼感覺會特別明亮。
（2）在炎熱的夏天，我們有時會看到遠處柏油馬路上顯得特別明亮
因為貼近熱路面附近的空氣層稀薄，比上層空氣的折射率小，從遠處物體射向路面的光線，也可能發生全反射，遠遠看上去，路面顯得特別明亮，就像用水淋過一樣。
(3)蜃景的成因和規律
夏天，在氣壓恒定的海面上，空氣密度隨高度增加而減小，對光的折射率也隨之減小。從而形成一具有折射率梯度的空氣層。當光線通過此空氣層時，將發生偏轉。如圖所示，設一束從遠處景物A發出的光線a以入射角I由折射率為n處射入空氣層。
當n, i一定時，從下層空氣進入上層空氣的入射角不斷增大，當增大到由某兩層空氣的折射率決定的臨界角時，就會全反射。
(4)太陽光投射到小水滴上,產生色散現象.
3.全反射棱鏡
1、光線由AB面垂直入射，在AC面發生全反射，垂直由BC面出射．
橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡
2、光線由AC面垂直入射，在AB、 BC面發生兩次全反射，垂直由AC面出射．
變化90 °
變化180 °
全反射棱鏡典型應用
全反射棱鏡
???一般的平面鏡都是在玻璃的后面鍍銀，我們在以前討論平面鏡成像都只考慮這個銀面的反射，實際上由于平面鏡玻璃的前表面對光線的反射，形成多個虛像，其中我們看到的是最亮的虛像．
平面鏡玻璃的前表面
平面鏡玻璃的后表面
A、原理：利用全反射原理
B、作用：改變光路
C、優越性：反光率高,接近達到100%，成像失真小.
D、應用：精密昂貴的光學儀器中，比方說顯微鏡，單反相機，潛望鏡，望遠鏡……
5.如圖所示，一束平行光垂直射向半圓形玻璃磚的底邊上，已知玻璃的臨界角為45°，請找出從玻璃磚半圓側面射出光線的范圍
【解析】因為光束垂直玻璃磚底邊入射，因此不改變方向直接射到玻璃磚半圓側面上，折射光線與半圓側面半徑的夾角即為光線從玻璃進入空氣的入射角.由圖可知：
由圖可知：過圓心O的光線不改變方向從E點射出；離E點越遠的折射光線投射到玻璃與空氣交界面上的入射角越大，到C、D處入射角的大小已達臨界角45°；再從C、D兩點向外的折射光線，入射角大于45°，將發生全反射.所以可從半圓側面射出光線的范圍為圓弧CED.由幾何關系，圓弧CED所對圓心角為90°，所以CED弧長占半圓側面的50%.
【解題回顧】找出法線，確定入射角的大小，把它和臨界角比較，再運用全反射規律解決問題.這就是分析光從光密介質向光疏介質入射問題的一般思路.
6.如圖所示，一透明塑料棒的折射率為n,光線由棒的一端面射入，當入射角i在一定范圍內變化時，光將全部從另一端面射出。當入射角為i為多少時，光在棒的內側面恰好發生全反射？
解析：由圖可知，光在左端面折射時的折射角r=
.
由折射定律得：
。故有：
所以只要
，光將全部從右端面射出。
7.如圖所示，一個橫截面為矩形、折射率n=1.5的玻璃條被彎成如圖形狀，一束平行光由A端面射入。若矩形邊長
為d，證明只要曲率半徑R≥2d，
光均能從B端射出。
證明：由圖可知，只要a光線能發生全反射，則所有從A端入射的光均能發生全反射：
解得：R
2d.可見，光纖通迅中，
，則光導纖維可以足夠細。
只要光導纖維彎曲滿足R

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