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4.2全反射
一、学习目标：
1. 知道光疏介质和光密介质，理解它们的相对性.
2. 理解光的全反射，会利用全反射解释有关现象.
3. 理解临界角的概念，能判断是否发生全反射并能画出相应的光路图.
4. 了解全反射棱镜和光导纤维．
二、重难点：
1. 光的全反射；
2. 发生全反射的条件和应用。
三、导学探究
1. 如何理解光密介质和光疏介质？
2. 试总结光在什么情况下会发生全反射，如何理解临界角，如何计算？
例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Ⅰ为空气，Ⅱ为介质)(　　)
例2一束光以45°的入射角从AB面射入如图所示的透明三棱镜中，棱镜折射率n＝.试求进入AB面的折射角，并在图中画出该光束在棱镜中的光路．
四、应用练习
1． 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(　　)
2． 如图所示是两个城市间光缆中的一条光导纤维的一段，光缆总长为L，它的玻璃芯的折射率为n1，外层材料的折射率为n2.若光在空气中的传播速度近似为c，则对于光由它的一端射入经多次全反射后从另一端射出的过程，下列判断中正确的是(　　)
A．n1B．n1C．n1>n2，光通过光缆的时间等于
D．n1>n2，光通过光缆的时间大于
五、知识小结：
1． 光疏介质和光密介质
(1) 光疏介质和光密介质的比较
光的传播速度 折射率
光疏介质 大 小
光密介质 小 大
(2) 相对性：光疏介质、光密介质是相对的．任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介质或光密介质．
(3) 光疏和光密是从介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．
2．全反射
(1) 全反射的条件：
①光由光密介质射入光疏介质．
②入射角大于或等于临界角．
(2) 从能量角度来理解全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大．同时折射光线强度减弱，即折射光线的能量减小，反射光强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光的能量等于入射光的能量．
3． 不同色光的临界角：不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越高的色光的临界角越小，越易发生全反射，说明在同一种介质中频率越高的色光折射率越大．
4． 全反射棱镜改变光路的几种情况
　　　入射方式项目　　　　 方式一 方式二 方式三
光路图
入射面 AB AC AB
全反射面 AC AB、BC AC
光线方向 改变角度 90° 180° 0°(发生侧移)
4.2全反射 答案
三、导学探究
1. 答：两种介质相比较而言，折射率较大的介质叫做光密介质，折射率较小的介质叫做光疏介质。
2. 答：全反射指当入射角增大到某一角度，使折射角达到90度时，折射光完全消失，只剩下反射光的现象，从中可以得知发生全反射的条件：①光必须由光密介质射入光疏介质．②入射角大于或等于某一角度，这个角度叫做临界角。临界角与折射率的关系为：
例1答案　D
解析　由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sin C＝＝，得C＝45°＜θ＝60°，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．
例2答案　30°　光路图见解析
解析　设光由AB面上的O点射入，由折射定律得，
sin r＝＝＝，所以折射角r＝30°.
设光线射到AE面上的D点，由几何关系得OD∥BE，
由几何知识可知光线在AE面上的入射角为θ＝45°.
又sin C＝＝＝，所以C＝45°.
因为θ＝45°，故光线在AE面上发生全反射，由几何知识可知，光线将垂直BE面射出，其光路图如图所示．
四、应用练习
1． 答案　B
解析　四个选项的光路图如图所示：
可知B项正确．
2． 答案　D
解析　光从光密介质射入光疏介质，才可能发生全反射，故n1>n2；光在内芯传播的路程s＝，光在内芯的传播速度v＝，所以光通过光缆的时间t＝＝>，故D正确．
4.2全反射 答案
三、导学探究
1. 答：两种介质相比较而言，折射率较大的介质叫做光密介质，折射率较小的介质叫做光疏介质。
2. 答：全反射指当入射角增大到某一角度，使折射角达到90度时，折射光完全消失，只剩下反射光的现象，从中可以得知发生全反射的条件：①光必须由光密介质射入光疏介质．②入射角大于或等于某一角度，这个角度叫做临界角。临界角与折射率的关系为：
例1答案　D
解析　由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sin C＝＝，得C＝45°＜θ＝60°，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．
例2答案　30°　光路图见解析
解析　设光由AB面上的O点射入，由折射定律得，
sin r＝＝＝，所以折射角r＝30°.
设光线射到AE面上的D点，由几何关系得OD∥BE，
由几何知识可知光线在AE面上的入射角为θ＝45°.
又sin C＝＝＝，所以C＝45°.
因为θ＝45°，故光线在AE面上发生全反射，由几何知识可知，光线将垂直BE面射出，其光路图如图所示．
四、应用练习
1． 答案　B
解析　四个选项的光路图如图所示：
可知B项正确．
2． 答案　D
解析　光从光密介质射入光疏介质，才可能发生全反射，故n1>n2；光在内芯传播的路程s＝，光在内芯的传播速度v＝，所以光通过光缆的时间t＝＝>，故D正确．

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