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1、第三节 光的全反射一、学习目标1知道什么是光疏介质，什么是光密介质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知道光导纤维及其应用二、预习与梳理（一）、 全反射现象1.光密介质和光疏介质：光在其中传播的速度较小的介质，即折射率的介质叫介质；光在其中传播的速度较大的介质，即折射率较小的介质叫介质；2全反射现象：光从介质进入介质，光全部被反射回原介质中去的现象（二）、全反射条件1.全反射的条件：（1）光从光密介质射入光疏介质；（2）入射角大于临界角2临界角C临界角：折射角等于90。时的入射角称为临界角C.临界角公式sin C=n（三）、全反射的应用光导纤维1.光
2、导纤维的构造：光纤有内、外两层材料，其中内层是 介质，外层是介质2光导纤维的原理：光在光纤中传播时，每次射到内、外两层材料的界面，都要求入 射角临界角，从而发生.这样使从一个端面入射的光，经过多次全反射能够没有损失地全部从另一个端面射出三、名师解疑（一）、光疏介质和光密介质1光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对的意义.例如：水晶（n=1.55）对玻璃(n=l.5)是光密介质，而对金刚石来说(n=2.427)，就是光疏介质同一种介质到底 是光疏介质还是光密介质，是不确定的2光若从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角；反之，光由光疏介质进入光密 介质时，折射角小于入射角3光疏和光密是从介
3、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光疏介质和光密介质的比较4. 光疏介质和光密介质的比较表光的速度折射率光疏介质大小光密介质小大特别提醒 光疏介质、光密介质是对确定的两种介质而言的任何两种透明介质都可以通 过比较光在其中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二)、全反射现象1全反射是光的折射的特殊现象，全反射现象还可以从能量变化角度加以理解.当光线 从光密介质射入光疏介质，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光 的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，发生了全反射2发生全反射的条件光
4、线从光密介质射向光疏介质；入射角大于或等于临界角3. 全反射遵循的规律光由光密介质进入光疏介质发生全反射时，仍然遵守反射定律有关计算仍依据反射定律进行4. 对“海市蜃楼”的解释由于空中大气的折射和全反射，会在空中出现“海市蜃楼”在海面平静的日子，站在海滨，有时可以看到远处的空中出现了高楼耸立、街道棋布、山峦重叠等景象这种景象 的出现是有原因的当大气层比较平静时，空气的密度随温度的升高而减小，对光的折射率也随之减小，海面空的空气温度比空中低，空气的折射率下层比上层大我们可以粗略地把空气中的大气 分成许多水平的空气层，如图所示，下层的折射率较大远处的景物发出的光线射向空中 时，不断被折射，射向折射
5、率较低的上一层的入射角越来越大，当光线的入射角大到临界角时，就会发生全反射现象光线就会从高空的空气层中通过空气的折射逐渐返回折射率 较低的下一层在地面附近的观察者就可以观察到由空中射来的光线形成的虚像这就是海市蜃楼的景象如图所示.三）、当光导纤维的折射率为多大时，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当入射光线入射角为i时，进入端面的折射光线传到侧面 时恰好发生全反射，如图 4-3-3 所示，则有1sinisin C=, n=, C+r=90,nsinr由以上各式可得sin i=；n21.由图可知：当i增大时，r增大，而从纤维射向空气中光线的入射角0减小，当i = 9
6、0 时，若0 =C，则所有进入纤维中的光线都能发生全反射，即有sin90=、Jn2-1，解得 n=S.以上是光从纤维射向真空时得到的折射率.由于光导纤维包有外套，外套的折射率 比真空的折射率大，因此折射率要比叮2大些.四、典型例题精讲【典例1】如图4-3-4所示，ABCD是两面平彳丁的透明玻璃砖，AB面和CD面是玻璃和空气 的界面，分别设为界面I和界面II 光线从界面I射入玻璃砖，再从界面II射出，回到空气中，如果改变光到达界面I时的入射角，则A. 只要入射角足够大，光线在界面I上可能发生全反射现象B. 只要入射角足够大，光线在界面II上可能发生全反射现象C. 不管入射角多大，光线在界面I上都
7、不可能发生全反射现象D. 不管入射角多大，光线在界面II上都不可能发生全反射现象借题发挥很多同学认为在本题中光到达界面II时，只要入射角足够大就能发生全反 射这是一种比较隐蔽的全反射条件的考查，不能孤立地去讨论光在界面II的光学情况, 由于受折射定律的限制，在界面II的入射角始终等于光在界面I的折射角，即在界面II上 的入射角，始终达不到临界角，所以在很多问题中要注意全反射条件与折射定律的综合应用.【变式1】当光从光密介质射入光疏介质时（）A. 反射光的强度随入射角的增大而减小B.折射光的强度随入射角的增大而减小C. 当入射角等于临界角时，折射光的强度等于零D. 当入射角等于临界角时，反射光的
8、强度等于零典例 2】 2009年 10月6 日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2009年诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家高锟以及美国科学家威拉德博伊尔和乔治史密斯高锟 在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得了突破性的成就若光导纤维是由内芯和包层组成，如图4-3-5 所示，下列说法正确的是外部保护层 内部敷层 光纤核心A. 内芯和包层折射率相同，折射率都大B. 内芯和包层折射率相同，折射率都小C. 内芯和包层折射率不同，包层折射率较大D. 内芯和包层折射率不同，包层折射率较小借题发挥 对于光导纤维要明确以下几点：(1)光导纤维是传递光信号的，所以能通过光 (2)利用全反射的原理在传
9、播过程中无有光泄漏，保证光在传播过程中能量损失最小；(3) 光导纤维的内芯的折射率大于外套的折射率以保证发生全反射.【变式 2】 关于光纤的说法，正确的是 ().A. 光纤是由高级金属制成的，所以它比普通电线容量大B. 光纤是非常细的特制玻璃丝，但导电性能特别好，所以它比普通电线衰减小C. 光纤是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外套两层组成，光纤是利用全反射原理来实现光的传导的D. 在实际应用中，光纤必须呈笔直状态，因为弯曲的光纤是不能传导光的典例 3】 如图 4-3-10 所示为玻璃制成的圆柱体，它的折射率为，一细光线垂直圆柱体的轴线以订=60。的入射角射入圆柱体.(1) 作出光线穿过圆柱体并射出圆柱体的光路图.(2) 求出该光线从圆柱体中射出时，出射光线偏离原入射光线方向的角
