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4.2全反射
第四章 光
全反射
全反射棱镜
光导纤维
01
02
03
目录
CONTENTS
全反射
PART 1
1.光疏介质、光密介质：
①.光疏介质:两种介质中折射率较小的介质叫做光疏介质.
②.光密介质:两种介质中折射率较大的介质叫做光密介质.
③.注意：
1）“光密介质”和“光疏介质” 是相对而言的，对其界定是以折射率为依据的。
2）光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的小。
一、全反射
介质 水 玻璃 金刚石
折射率n 1.33 1.5~1.9 n＝2.42
（这几种介质的折射率都是相对于λ ＝ 589.3 nm的光波，
且温度在t ＝ 20 ℃的折射率）
玻璃相对于水是光密介质，但相对于金刚石却是光疏介质
3）光由光疏介质射入光密介质，折射角小于入射角。光由光密介质射入光疏介质，折射角大于入射角。


O
空气
水
光疏介质
光密介质
思考：光由光密介质进入光疏介质时，如果入射角不断增大，使折射角增大到90 时，会出现什么现象？


O
光疏介质
光密介质
空气
水
（1）折射角逐渐 ；
（2）折射光线亮度逐渐 ；
（3）反射角逐渐 ；
（4）反射光线亮度逐渐 ；
（5）当入射角增大到某一角度时，折射光线 ，所有光线全部反射。
当光从玻璃射向空气，随着入射角的逐渐增大的过程中：
增大
减弱
增大
增强
消失
实验现象：
2.全反射：
（1）、定义：当光从光密介质射入光疏介质时，入射角逐渐增大到某一角度，光线全部被反射回原光密介质的现象。
(2)、临界角：当光从光密介质射入光疏
介质时，折射角等于900角时的入射角叫做临界角。用C表示。
玻璃
空气
思考与讨论：
1）光由光密介质射入光疏介质时，一定发生全反射吗？发生全反射现象的条件是什么？
2）由于不同介质的折射率不同，在光从介质射向空气时，发生全反射的临界角是不一样的，怎样计算光从折射率为n的某种介质射向空气发生全反射的临界角C？
3、发生全反射的条件：
(1)光从光密介质射入光疏介质；
(2)入射角等于或大于临界角
4、临界角C 的大小：
界面
真空
介质
法线
C
由折射率可得：
临界角的正弦值：
介质 水 玻璃 金刚石
折射率n 1.33 1.5~1.9 n＝2.42
临界角C 48.8 ° 32 °~ 42 ° 24.4 °
不同介质的临界角
（这几种介质的折射率都是相对于λ ＝ 589.3 nm的光波，
且温度在t ＝ 20 ℃的折射率）
例1.一束由a、b两种单色光组成的复色光从水中射入空气中，并分成a、b两束，下列关于a、b两束单色光的说法正确的是（　　）
A．若水中入射光SA的入射角不断增大，
则a光先发生全反射
B．a光的折射率比b光的折射大
C．在真空中a光的速度比b光大
D．在水中a光的传播速度比b光的大
D



A
例4.如图所示，一梯形透明介质ABCD，∠A＝75°，∠B＝45°，一光线垂直于BC面从E点射入介质后，射到AB面时恰好发生全反射，从AD面上的某点射出。求：
（1）介质对该光线的折射率n；
（2）该光线从AD面射出的折射角r。
解析：
（1）根据几何关系有：
做出光路图如图示：
（2）根据几何关系有：


C
C

sinc=

n=
sinc=
600
i

sini=

得:n=

OP=

V=


sinc=



B
思考1：水中的鱼看水面和岸上的景物，是一种什么体验呢？
水的折射率为1.33 所以C=48.80
则有圆锥顶角θ=2C=97.60
结论：水中的一切生物看水面上和岸上的所有景物，都出现在顶角约为97.6°的倒立圆锥里。
学以致用：
结论：光从水中射向空气时，一部分光在分界面上发生了全反射。
思考2：草叶上露珠特别明亮，为什么？
学以致用：
全反射棱镜
PART 2
介质 水 玻璃 金刚石
折射率n 1.33 1.5~1.9 2.42
临界角C 48.8 ° 32 °~ 42 ° 24.4 °
45
45
45
45
45
45
变化90 °
变化180 °
与平面镜相比，它的反射率高，几乎可达 100%。这种棱镜在光学仪器中可用来改变光的方向。
1.结构：横截面为等腰直角三角形。
2.作用：改变光的方向，可使光的传播方向改变90°或180°。当光垂直于它的任意一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，与平面镜相比，它的反射率很高。
二、全反射棱镜
（1）双筒望远镜中的全反射棱镜
3.应用：
（2）自行车尾灯
（3）潜望镜
对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜等，就需要用全反射棱镜代替平面镜，以消除多余的像．
思考2：玻璃能让光在玻璃里全反射，能不能让光一直在玻璃中全反射？ 让光从一条很长的玻璃里，从一端跑到另一端？
例7．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，其框外光线如图所示。方框内有两个折射率n=1.5的玻璃全反射棱镜。下列选项中给出了两棱镜四种放置方式的示意图，其中能产生上述效果的是 (　　)
B
光导纤维
PART 3
高锟(1933-2018)
1966 年，33岁的华裔科学家高锟提出：光通过直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来传输大量信息。高锟因此获得 2009 年诺贝尔物理学奖。根据这一理论制造的光导纤维（optical fiber）已经普遍应用到通信领域。这其中就用到了全反射。
当光在有机玻璃棒内传播时，如果从有机玻璃射向空气的入射角大于临界角，光会发生全反射，于是光在有机玻璃棒内沿着锯齿形路线传播。这就是光导纤维导光的原理。
实用光导纤维的直径只有几微米到一百微米。因为很细，一定程度上可以弯折。它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。
1.原理：利用全反射原理
2.构造：由折射率较高的玻璃内芯和折射率较低的外层透明介质组成，因为内芯的折射率比外套的大，所以，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。
3.优点：容量大、衰减小、抗干扰性强
三、光导纤维
如果把光导纤维聚集成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图像就可以从一端传到另一端（图 1）。 医学上用这种光纤制成内窥镜（图 2）用来检查人体胃、肠、气管等脏器的内部。 实际的内窥镜装有两组光纤，一组把光传送到人体内部进行照明，另一组把体内的图像传出供医生观察。
图2
图1
4.应用：①内窥镜
光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强。
光纤
一路光纤的传输能力理论值为二十亿路电话，一千万路电视。虽然光纤通信的发展历史只有20多年的，但是发展的速度是惊人的。
4.应用：②传递信息
例8．光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播．以下关于光导纤维的说法正确的是（　　）
A．内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射
B．内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射
C．内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生折射
D．内芯的折射率与外套相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用
A

C
例10.(2024湖南师范大学附中月考)我国的光纤通信起步
较早,现已成为技术先进的几个国家之一。如图甲是光纤的
示意图,图乙是光纤简化示意图(内芯简化为长直玻璃丝,外
套简化为真空),玻璃丝长为AC=L,折射率为n,AB、CD代表
端面,光从AB端面以某一入射角θ进入玻璃丝,在玻璃丝内
部恰好发生全反射,已知光在真空中传播的速度为c,下列选
项正确的是 (　　)
　
A.内芯相对于外套是光疏介质
B.sin θ=1/n
C.光在玻璃丝中传播的速度为c sin θ
D.光在玻璃丝中从AB端面传播到CD端面所用的时间
为n2L/c
D
思考3：海市蜃景和沙漠蜃景有区别吗？
学以致用：
夏天，在气压恒定的海面上，空气密度随高度增加而减小，对光的折射率也随之减小，从而形成一具有折射率梯度的空气层.当光线通过此空气层时，将发生偏折.
1.上现蜃景——海市蜃楼
2.下现蜃景——沙漠蜃景
在沙漠里，白天沙石被太阳晒得灼热，接近沙层的气温升高极快。由于空气不善于传热，所以在无风的时候，空气上下层间的热量交换极小，遂使下热上冷的气温垂直差异非常显著，并导致下层空气密度反而比上层小的反常现象.
例11.(经典题)如图所示,夏天,在平静无风的海面上,向远方望去,有时能看到山峰、
船舶、楼台、亭阁、集市等出现在远方的空中。沙漠里有时也会看到远处的水
源、仙人掌近在咫尺,可望而不可即,这就是“蜃景”。下列有关蜃景的说法错误
的是 (　　)
A.海面上,上层空气的折射率比下层空气的折射率要小
B.沙面上,上层空气的折射率比下层空气的折射率要小
C.A是蜃景,B是景物
D.C是蜃景,D是景物
B
谢
谢
聆
听

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