第四章光

第2節全反射

本節課程是高中物理光學部分的一個重點，也是難點，學習全反射的內容涉及直線傳播、反射、

折射的知識，從本質上進一步理解和應用折射定律和折射率，讓學生有效體會和熟練應用光路可逆

知識解決光的傳播問題。所以全反射既是新知識的學習，又是對前面所學知識的鞏固和深化。

【物理觀念】知道全反射現象揭示了光路的可逆性，本質是光從光密介質射向光疏介質時，折射角

大于等于90°的一種物理現象。

【科學思維】了解全反射現象的本質，知道發生全反射現象的條件，并能夠對相應物理問題進行定

性分析與定量運算。

【科學探究】通過觀看演示視頻，引導學生從實驗現象中探索事物的本質，學生分組對實驗進行探

究，得出發生全反射的條件，知道臨界角的概念及物理意義。

【科學態度與責任】讓學生發掘大自然中的物理現象，領略物理之美；體會生活中處處蘊含物理知

識，物理就在身邊，從而進一步培養學生學習物理的興趣。

【教學重點】臨界角的概念及表達式、全反射的條件、全反射的應用；

【教學難點】全反射的條件、全反射的應用。

一、【引入新課】

全反射現象

沙漠蜃景海市蜃樓

全反射的應用

全反射棱鏡光纖通信(光纜)

想一想：水中的氣泡看上去特別明亮，這是為什么呢？

二、【進行新課】

探究點一、全反射

光疏介質和光密介質

光疏介質:兩種介質中折射率較小的介質叫做光疏介質.

光密介質:兩種介質中折射率較大的介質叫做光密介質.

幾種常見物質的折射率

玻璃相對于水是光密介質

玻璃相對于金剛石是光疏介質

注意：“光密介質”和“光疏介質”是相對而言的，對其界定是以折射率為依據的。

光由光密介質進入光疏介質時，如果入射角不斷增大，使折射角增大到90o時，會出現什么現象？

想一想：

觀察全反射現象

如圖讓光沿著半圓形玻璃磚的半徑射到它的平直的邊上，在這個邊與空氣的界面上會發生反射和折

射。逐漸增大入射角，觀察反射光線和折射光線的變化。

觀察全反射現象

實驗現象

隨著入射角的逐漸增大的過程中

折射角逐漸增大；

折射光線亮度逐漸減弱；

反射角逐漸增大；

反射光線亮度逐漸增強；

當入射角增大到某一角度時，折射光線消失，所有光線全部反射。

全反射的定義

全反射：當光從光密介質射入光疏介質時，入射角逐漸增大到某一角度，光線全部被反射回原光密

介質的現象。

臨界角：當光從光密介質射入光疏介質時，折射角等于900角時的入射角叫做臨界角。用C表示。

發生全反射的條件

（1）光從光密介質射入光疏介質；

（2）入射角等于或大于臨界角；

sin90

臨界角C的大小由折射率可得：n

sinC

1

臨界角的正弦值：sinC

n

思考與討論：

由于不同介質的折射率不同，在光從介質射入空氣（真空）時，發生全反射的臨界角是不一樣的。

怎樣計算光從折射率為n的某種介質射入空氣（真空）發生全反射時的臨界角C？計算時可以先

考慮圖的情形：光以接近90°的入射角從空氣射入介質，求出這時的折射角。根據光路可逆的道理，

也就知道光從介質射入空氣時發生全反射的臨界角了

不同介質的臨界角

探究點二、全反射棱鏡

玻璃棱鏡的截面為等腰直角三角形，當光從圖中所示的方向射入玻璃時，由于光的方向與玻璃面垂

直，光線不發生偏折。但在玻璃內部，光射向玻璃與空氣的界面時，入射角大于臨界角，發生全反

射。與平面鏡相比，它的反射率高，幾乎可達100%。這種棱鏡在光學儀器中可用來改變光的方向。

全反射棱鏡

全反射棱鏡——提高反射率

雙筒望遠鏡中的全反射棱鏡

探究點三、光導纖維

1966年，33歲的華裔科學家高錕提出：光通過直徑僅幾微米的玻璃纖維就可以用來傳輸大量信息。

高錕因此獲得2009年諾貝爾物理學獎。根據這一理論制造的光導纖維（opticalfiber）已經普遍應

用到通信領域。這其中就用到了全反射原理。

高錕（1933-2018）

想一想：

觀察光在彎曲的有機玻璃棒中傳播的路徑

如圖激光筆發出的光射入一根彎曲的有機玻璃棒的一端，觀察光傳播的路徑有什么特點。

當光在有機玻璃棒內傳播時，如果從有機玻璃射向空氣的入射角大于臨界角，光會發生全反射，于

是光在有機玻璃棒內沿著鋸齒形路線傳播。這就是光導纖維導光的原理。

實用光導纖維的直徑只有幾微米到一百微米。因為很細，一定程度上可以彎折。它由內芯和外套兩

層組成，內芯的折射率比外套的大，光傳播時在內芯與外套的界面上發生全反射

如果把光導纖維聚集成束，使纖維在兩端排列的相對位置一樣，圖像就可以從一端傳到另一端（圖

1）。醫學上用這種光纖制成內窺鏡②（圖2）用來檢查人體胃、腸、氣管等臟器的內部。實際的

內窺鏡裝有兩組光纖，一組把光傳送到人體內部進行照明，另一組把體內的圖像傳出供醫生觀察。

光也可以像無線電波那樣，作為載體來傳遞信息。載有聲音、圖像以及各種數字信號的激光

從光纖的一端輸入，就可以傳到千里以外的另一端，實現光纖通信

圖一圖二

光導纖維

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。

實際的內窺鏡裝有兩組光纖，一組把光傳送到人體內部進行照明，另一組把體內的圖像傳出供醫生

觀察。

光導纖維的用途很大，通過它可以實現光纖通信。

光纖通信的主要優點是容量大、衰減小、抗干擾性強。

一路光纖的傳輸能力理論值為二十億路電話，一千萬路電視。

雖然光纖通信的發展歷史只有20多年的，但是發展的速度是驚人的。

光纖

做一做

水流導光

將塑料瓶下側開一個小孔，瓶中灌入清水，水就從小孔流出。用激光水平射向塑料瓶小孔（圖激光

可由激光筆產生），觀察光的傳播路徑。

水流導光

原理：

和光導纖維（光纖）是一個原理，光在從一種介質到另一種介質中的時候會發生反射和折射，使得

光在介質內部多次反射最終從另一個方向投射出來。

課堂重點知識小結

隨堂練習

例1(多選)已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分別為1.33、1.55、1.60和1.63,如果光按以下幾

種方式傳播,可能發生全反射的是()

A.從玻璃射入水晶B.從水射入二硫化碳

C.從玻璃射入水中D.從水晶射入水

E.從玻璃射入二硫化碳

【答案】：A、C、D

【解析】：發生全反射的條件之一是光從光密介質射入光疏介質,光密介質折射率較大,光疏介質折射

率較小,故A、C、D正確。

例2、(多選)關于全反射,下列說法正確的是()

A.光只有從光密介質射向光疏介質時才可能發生全反射現象

B.光只有從光疏介質射向光密介質時才可能發生全反射現象

C.光只有從折射率大的介質射向折射率小的介質時才可能發生全反射現象

D.光只有從折射率小的介質射向折射率大的介質時才可能發生全反射現象

【答案】：A、C

【解析】：光從光密介質射向光疏介質時,若入射角大于或等于臨界角,會發生全反射現象;光從光疏

介質射向光密介質時,不會發生全反射現象,A正確,B錯誤;光只有從折射率大的介質射向折射率小的

介質時,才可能發生全反射現象,C正確,D錯誤。

例3、(多選)如圖所示,ABCD是兩面平行的透明玻璃磚,AB面和CD面是玻璃和空氣的界面,分別設

為界面Ⅰ和界面Ⅱ。光線從界面Ⅰ射入玻璃磚,再從界面Ⅱ射出回到空氣中。如果改變光到達界面Ⅰ

時的入射角,則()

A.只要入射角足夠大,光線在界面Ⅰ上可能發生全反射現象

B.只要入射角足夠大,光線在界面Ⅱ上可能發生全反射現象

C.不管入射角多大,光線在界面Ⅰ上都不可能發生全反射現象

D.不管入射角多大,光線在界面Ⅱ上都不可能發生全反射現象

【答案】：C、D

【解析】：在界面Ⅰ光由空氣進入玻璃磚,是由光疏介質進入光密介質,不