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1、1.1.2全反射学习目标核心提炼1.知道什么是光疏介质与光密介质。2理解光的全反射。3.理解临界角的概念，能判断是否发生全反射，并能解决有关的问题。4.知道全反射棱镜、光导纤维及其应用。1个现象全反射现象2个条件发生全反射的两个条件1个公式sin C2种应用全反射的棱镜、光导纤维3个概念光疏介质、光密介质、临界角一、全反射1.光疏介质和光密介质(1)定义：折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质。(2)对光疏介质和光密介质的理解光疏介质和光密介质是相对而言的。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。光从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角；反之，光由光疏介质进
2、入光密介质时，折射角小于入射角。光疏和光密是相对介质的光学特性来说的，并不指它的密度大小。2.全反射(1)定义：当光从光密介质射向光疏介质时，同时发生折射和反射。如果入射角逐渐增大，折射光离法线会越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强。当入射角增大到某一角度，使折射角达到90时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫做全反射。这时的入射角叫做临界角。(2)折射率与临界角的关系：sin C。(3)发生全反射的条件光从光密介质射入光疏介质。入射角大于或等于临界角。思维拓展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
3、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。二、全反射棱镜和光导纤维1.全反射棱镜(1)全反射棱镜是截面为等腰直角三角形的棱镜。(2)全反射棱镜的特点：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。反射面不必涂敷任何反光物质，反射时失真小。(3)全反射棱镜改变光路的两种常见情况。如图1甲、乙所示。图12.光导纤维(1)光导纤维对光的传导原理：利用了全反射原理。(2)光导纤维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(如图2所示)。图2(3)光纤通信的优点是容量大、衰减小、抗
4、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。思考判断(1)制作全反射棱镜的材料的折射率一定大于。()(2)全反射棱镜可以使光线传播的方向改变180。()(3)全反射棱镜可以使光线传播的方向改变90。 ()(4)用任意一种材料制作的等腰直角三棱镜都是全反射棱镜。()(5)全反射棱镜和平面镜相比，反射光比入射光能量损失要小。()(6)光导纤维传递光信号是利用光的直线传播的原理。()(7)光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理。()(8)光在光导纤维中的传播的速度小于光在真空中的光速c。()(9)光导纤维内芯的折射率大于外套的折射率，光传播时在内芯和外套的界面上发生全反
5、射。()对全反射的理解要点归纳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，反射能量等于入射能量。2.全反射遵循的规律：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定律，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用。精典示例例1 (多选)如图3所示，半圆形玻璃砖放在空气中，三条同一颜色、强度相同的光线，均由空气沿半圆半径方向射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置。下列说法正确的是()图3A.假若三条光线中只有一条在O点发生了全反射，那一定是aO光线B.假若光线bO能发生全反射，那么光线cO一定能发生全反射C.
6、假若光线bO能发生全反射，那么光线aO一定能发生全反射D.假若光线aO恰能发生全反射，则光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度大解析三条光线沿着指向圆心的方向由空气射向玻璃砖，在玻璃砖半圆界面，它们的入射角为零，均不会偏折。在玻璃砖直径界面，光线aO的入射角最大，光线cO的入射角最小，它们都是从光密介质射向光疏介质，都有发生全反射的可能。如果只有一条光线发生了全反射，那一定是aO光线，因为它的入射角最大，所以选项A正确；假若光线bO能发生全反射，说明它的入射角等于或大于临界角，光线aO的入射角更大，所以，光线aO一定能发生全反射，光线cO的入射角可能大于或等于临界角，也可能小于临界角，因
7、此，光线cO不一定能发生全反射，所以选项B错误，C正确；假若光线aO恰能发生全反射，则光线bO和光线cO都不能发生全反射，但光线bO的入射角更接近于临界角，所以，光线bO的反射光线较光线cO的反射光线强，即光线bO的反射光线亮度较大，所以选项D正确。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)光线射向两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射。入射角等于临界角时，折射角等于90，实际上已经没有折射光线了。针对训练1 某种介质对空气的折射率是，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(图中为空气，
8、为介质)()解析由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sin C，得C45160，故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。答案D对全反射的计算要点归纳应用全反射解决实际问题的基本方法(1)确定光是由光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质。(2)若光由光密介质进入光疏介质时，根据sin C确定临界角，看是否发生全反射。(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(如三角函数、反射定律等)进行判断推理、运算及变换。精典示例例2 一厚度为h的大平板玻璃水平放置，其下表面贴有一半径为r的圆形发光面。在玻璃板上表面放置一半径为R的圆
9、纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上。已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折射率。解析如图所示，从圆形发光面边缘的A点发出的一条光线射到玻璃上表面A点恰好发生全反射，则有sin C又由几何关系：sin C，其中LRr联立以上各式解得n 。答案解答全反射问题的技巧(1)解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件：一是光必须从光密介质射入光疏介质，二是入射角大于或等于临界角。(2)利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符。针对训练2 如图4所示，某种透明物质制成的直角三棱镜ABO，A3
10、0，一束光线在纸面内垂直AB边射入棱镜。如图所示，发现光线刚好不能从BO面射出，而是最后从AO面射出。求：图4(1)透明物质的折射率n；(2)光线从AO面射出时的折射角。(结果可以用的三角函数表示)解析(1)由题意可知，光线从AB边垂直射入，恰好在BO面发生全反射，光线最后从AO面射出，光路图如图。设该透明物质的临界角为C，由几何关系可知C1260，由sin C解得n。(2)由几何关系知：30由折射定律n解得sin 。答案(1)(2)sin 全反射的应用要点归纳光导纤维当光导纤维的折射率为多少时，就可以使以任意角度入射的光都能发生全反射？设光导纤维的折射率为n，当入射光线的入射角为1时，进入端
11、面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图5所示。图5则有sin C，n，C290，由以上各式可得sin 1。由图可知：当1增大时，2增大，而从纤维射向空气中的光线的入射角减小。当190时，若C，则所有进入纤维中的光线都能发生全反射，即有sin 90，解得n。故当光导纤维的折射率为时，就可以使以任意角度入射的光都能发生全反射。精典示例例3 如图6所示，一根长为L的直光导纤维，它的折射率为n。光从它的一个端面射入，从另一个端面射出需要的最长时间为多少？(设光在真空中的速度为c)。图6解析由题中条件可知，要使光线从光导纤维的一端射入，然后从它的另一端全部射出，必须使光线在光导纤维中发生全反射现象，
12、要使光线在光导纤维中经历的时间最长，就必须使光线的路程最长，即每次反射的入射角都等于临界角，设临界角为C，sin C，光在光导纤维中传播的路程dnL，光在光导纤维中传播的速度v，则所需时间t。答案(1)发生全反射的条件是光由光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角。(2)光导纤维利用了光的全反射，所以内芯的折射率一定大于外套的折射率。 针对训练3 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7所示。方框内有两个折射率n1.5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()图7解析四个选项的光路图如图：可知选项B正确。
13、答案B1.(多选)当光从光密介质射向光疏介质时()A.反射光线的强度随入射角的增大而减小B.折射光线的强度随入射角的增大而减小C.当入射角等于临界角时，折射光线的强度等于零D.当入射角等于零时，反射光线的强度等于零解析当光从光密介质射向光疏介质的反射光线的强度随入射角的增大而增大，折射光线的强度随入射角的增大而减小，故B正确，A错误；当入射角等于临界角时，光线恰好发生全反射，故折射光线的强度等于零，故C正确，D错误。答案BC2.下列选项为光线由空气进入全反射玻璃棱镜再由棱镜射入空气的光路图。可以发生的是()解析光垂直等腰直角三角形的某直角边射入玻璃棱镜时，在斜边发生全反射，故选项A正确。答案A
14、3.(多选)如图8所示，一束平行光从真空垂直射向一块半圆形玻璃砖的底面，下列说法正确的是()图8A.只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖B.只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖C.通过圆心的光线将沿直线穿过，不发生偏折D.圆心两侧一定范围外的光线将在曲面处发生全反射解析垂直射向界面的光线不发生偏折，因而光束沿直线平行射到半圆面上，其中通过圆心的光线将沿直线穿过，不发生偏折；由中心向两侧，光从半圆面进入真空时的入射角逐渐增大并趋于90，当入射角等于或大于临界角时，会发生全反射，故选项B、C、D正确。答案BCD4.在完全透明的水下某深处，放一点光源，在水面上可见到一个圆形透光平面，如果透光圆面的半径正在匀速增大，如图9所示，则光源正在()图9A.匀加速上升.匀加速下沉C.匀速上升.匀速下沉解析因为发生全反射，所以圆形透光半径rdtan C，因为r是匀速变大，所以d也是匀速变大的，故光源是在匀速下沉，所以选项D正确。答案D5.如图10所示，AB为光导纤维，A、B之间距离为s，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射，已知由A点传输到B点所用时间为t，空气中光速为c，求光导纤维所用材料的折射率n。图10解析由题意知，角为此光脉冲信号的全反射临界角，则有：sin sin C，n
