第四章

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光的全反射學習目標

1.知道光疏介質、光密介質、全反射、臨界角的概念.2.理解全反射的條件，能計算有關問題和解釋相關現象.3.了解光導纖維的工作原理和光導纖維在生產、生活中的應用.內容索引知識探究題型探究達標檢測知識探究一、全反射現象及條件如圖1，讓光沿著半圓形玻璃磚的半徑射到它的平直的邊上.逐漸增大入射角，觀察反射光線和折射光線的變化.導學探究圖1答案答案

逐漸增大入射角，會看到折射光線離法線越來越遠，折射角逐漸增大，折射光線越來越弱，反射光線越來越強.當入射角增大到某一角度，使折射角達到90°時，折射光線完全消失，只剩下反射光線.入射側介質的折射率較大，折射側介質的折射率較小.(1)在入射角逐漸增大時，折射角的大小如何變化？(2)在入射角逐漸增大時，反射光線和折射光線的亮度如何變化？(3)折射界面兩側的介質的折射率有何不同？1.光密介質和光疏介質(1)對于兩種介質來說，光在其中傳播速度較小的介質，即折射率

的介質叫

介質；光在其中傳播速度較大的介質，即折射率較小的介質叫

介質.(2)光疏介質和光密介質是相對的.2.全反射(1)定義：光從

介質射到

介質的界面時，全部被反射回原介質的現象.知識梳理光密光疏光密光疏較大(2)全反射的條件①光需從

介質射至

介質的界面上.②入射角必須等于或

臨界角.(3)臨界角①定義：光從某種介質射向真空或空氣時使折射角變為90°時的

，稱作這種介質的臨界角.②臨界角C與折射率n的關系：sinC＝

.大于入射角光密光疏判斷下列說法的正誤.(1)光發生全反射時，折射光線消失，只剩下反射光線.()(2)光從一種介質進入另一種介質時，只要入射角足夠大就一定會發生全反射現象.()(3)折射率大的介質就是光密介質.()(4)光由介質進入空氣，介質的折射率越大，臨界角越小.()(5)光發生全反射時，依然遵守反射定律.()即學即用××√√√答案

內芯的折射率大.因為當內芯的折射率大于外套的折射率時，光在傳播時能發生全反射，光線經過多次全反射后能從一端傳到另一端.二、全反射的應用——光導纖維如圖2所示是光導纖維的結構示意圖，其內芯和外套由兩種光學性能不同的介質構成.構成內芯和外套的兩種介質，哪個折射率大？為什么？答案導學探究圖2知識梳理1.光纖的工作原理：由于有機玻璃的折射率

空氣的折射率，當光從有機玻璃棒的一端射入時，可以沿著有機玻璃棒的表面發生多次

，從另一端射出.2.光導纖維的構造：由兩種折射率不同的玻璃制成，分內、外兩層，內層玻璃的折射率比外層玻璃的折射率

.當光從一端進入光纖時，將會在兩層玻璃的界面上發生

.3.光纖通訊的優點是容量

、衰減

、抗干擾能力強、傳輸速率高.4.應用：光纖通信；醫學上的

.大于全反射大全反射小內窺鏡大判斷下列說法的正誤.(1)光纖通信是利用光作為載體來傳遞信息.()(2)光導纖維傳遞光信號是利用光的全反射原理.()(3)光在光導纖維中的傳播的速度小于光在真空中的光速c

.()(4)光導纖維內芯的折射率大于外套的折射率，光傳播時在內芯和外套的界面上發生全反射.()即學即用√√√√題型探究一、對全反射的理解1.對光疏介質和光密介質的理解(1)光疏介質和光密介質是相對而言的，并沒有絕對的意義.(2)光在光密介質中的傳播速度比在光疏介質中傳播速度小.(3)光若從光密介質進入光疏介質時，折射角大于入射角；反之，光由光疏介質進入光密介質時，折射角小于入射角.(4)光疏和光密是從介質的光學特性來說的，并不是它的密度大小.2.全反射(1)全反射的條件：①光由光密介質射向光疏介質；②入射角大于或等于臨界角.(2)全反射遵循的規律：發生全反射時，光全部反射回原介質，入射光與反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光線，光的折射定律不再適用.A.假若三條光線中只有一條在O點發生了全反射，那一定是aO光線B.假若光線bO能發生全反射，那么光線cO一定能發生全反射C.假若光線bO能發生全反射，那么光線aO一定能發生全反射D.假若光線aO恰能發生全反射，則光線bO的反射光線比光線cO的反射光

線的亮度大例1

(多選)如圖3所示，半圓形玻璃磚放在空氣中，三條同一顏色、強度相同的光線，均由空氣沿半圓半徑方向射入玻璃磚，到達玻璃磚的圓心位置.下列說法正確的是√解析答案√√圖3解析三條光線沿著指向圓心的方向由空氣射向玻璃磚，在玻璃磚界面，它們的入射角為零，均不會偏折.在玻璃磚直徑界面，光線aO的入射角最大，光線cO的入射角最小，它們都是從光密介質射向光疏介質，都有發生全反射的可能.如果只有一條光線發生了全反射，那一定是aO光線，因為它的入射角最大，所以選項A對.假若光線bO能發生全反射，說明它的入射角等于或大于臨界角，光線aO的入射角更大，所以，光線aO一定能發生全反射，光線cO的入射角可能大于或等于臨界角，也可能小于臨界角，因此，光線cO不一定能發生全反射.所以選項B錯，C對.假若光線aO恰能發生全反射，則光線bO和光線cO都不能發生全反射，但光線bO的入射角更接近于臨界角，所以，光線bO的反射光線較光線cO的反射光線強，即光線bO的反射光線亮度較大，所以D對.針對訓練某種介質對空氣的折射率是

，一束光從該介質射向空氣，入射角是60°，則下列光路圖中正確的是(圖中Ⅰ為空氣，Ⅱ為介質)解析答案解析由題意知，光由光密介質射向光疏介質，由

，得C＝45°＜θ1＝60°，故在兩介質的界面上會發生全反射，只有反射光線，沒有折射光線，故選項D正確.√例2光導纖維的結構如圖4所示，其內芯和外套材料不同，光在內芯中傳播，以下關于光導纖維的說法正確的是A.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B.內芯的折射率比外套的小，光傳播時在內芯與外套的界面上發生全反射C.內芯的折射率比外套的小，光傳播時在內芯與外套的界面上發生折射D.內芯的折射率與外套的相同，外套的材料有韌性，可以起保護作用解析答案二、全反射的應用——光導纖維圖4解析光導纖維內芯的折射率大于外套的折射率，光在由內芯射向外套時，在其界面處發生全反射，從而使光在內芯中傳播，A對.√應用全反射解決實際問題的基本方法：(1)確定光是由光疏介質進入光密介質還是從光密介質進入光疏介質.(2)若光由光密介質進入光疏介質時，根據

確定臨界角，看是否發生全反射.(3)根據題設條件，畫出入射角等于臨界角的“臨界光路”.(4)運用幾何關系(如三角函數、反射定律等)進行判斷推理，運算及變換.三、全反射的定量計算例3

如圖5所示為一圓柱中空玻璃管，管內徑為R1，外徑為R2，R2＝2R1.一束光線在圓柱橫截面內射向玻璃管，為保證在內壁處光不會進入中空部分，問入射角i應滿足什么條件？解析答案圖5答案

i≥30°解析光路圖如圖，設第一次折射的折射角為r，全反射臨界角為C，折射率為n，由折射定律有

，

；在圖示三角形中，由數學知識可得：

.綜上解得：i＝30°，所以為保證在內壁處光不會進入中空部分，入射角i應滿足i≥30°.達標檢測1.關于光導纖維的說法正確的是A.光導纖維是由高級金屬制成的，所以它比普通電線容量大B.光導纖維是非常細的特制玻璃絲，但導電性能特別好，所以它比普通

電線衰減小C.光導纖維是非常細的特制玻璃絲，由內芯和外套兩層組成，光纖是利

用全反射原理來實現光的傳導的D.在實際應用中，光導纖維必須呈筆直狀態，因為彎曲的光纖是不能導

光的解析答案√1234解析

光導纖維的作用是傳導光，它是直徑為幾微米到一百微米之間的特制玻璃絲，且由內芯和外套兩層組成，內芯的折射率比外套的大.載有聲音、圖像及各種數字信號的激光傳播時，在內芯和外套的界面上發生全反射，光纖具有容量大、衰減小、抗干擾性強等特點.在實際應用中，光纖是可以彎曲的.12342.如圖所示，一束光由空氣射向半圓柱體玻璃磚，O點為該玻璃磚截面的圓心，下圖能正確描述其光路的是答案1234解析√解析

光從玻璃磚射向空氣時，如果入射角大于臨界角，則發生全反射；如果入射角小于臨界角，則在界面處既有反射光線，又有折射光線，但折射角應大于入射角，選項A正確，選項C錯誤.當光從空氣射入玻璃磚時，在界面處既有反射光線，又有折射光線，且入射角大于折射角，選項B、D錯誤.1234答案解析12343.如圖6所示，AB為光導纖維，A、B之間距離為s，使一光脈沖信號從光導纖維中間入射，射入后在光導纖維與空氣的界面上恰好發生全反射，由A點傳輸到B點所用時間為t，求光導纖維所用材料的折射率n.(已知光在真空中的傳播速度為c)圖6答案

1234解析

設介質的折射率為n，則有

4.用某種透明材料制成的一塊柱體形棱鏡的水平截面圖如圖7所示，圓心為O，FD為圓周.光線以入射角θ1＝60°射到棱鏡AB面，經折射后，光線到達BF面上的O點并恰好不從BF面射出.(1)畫出光路圖；1234圖7答案解析答案

見解析圖解析

光路圖如圖所示1234答案解析答案

(2)求該棱鏡的折射率n和光線在棱鏡中傳播的速度