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新人教版 高中物理 选择性 必修一
第四章　光
第 2 课 全反射
探究思考
水中的气泡，树叶上到露珠看上去特别明亮，这是为什么呢？
学习目标
通过实验认识光的全反射现象。
01
02
03
知道什么是光疏介质,什么是光密介质。
理解临界角的概念和发生全反射的条件,并能解决有关问题。
04
知道光导纤维及其应用。
知识点 1
全反射
光疏介质:两种介质中折射率较小的介质叫做光疏介质.
注意:“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。
光密介质:两种介质中折射率较大的介质叫做光密介质.
光由光疏介质斜射入光密介质时，折射角小于入射角；
空气
水
光由光密介质斜射入光疏介质时，折射角大于入射角。
光疏介质(n 小) 速度大，角度大；
光密介质(n 大) 速度小，角度小。
既然光由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角，那么，当入射角增大时，折射角会怎样呢？
探究思考
折射角会随之增大
α
β
B
空气
水（玻璃）
N
N′
A
O
M
M′
若继续增大入射角，又会出现什么现象呢？
当入射角增大到某个值时，折射角首先增大到90°
如果入射角再增大，会出现什么现象？
演 示
现象：
随着入射角的逐渐增大的过程中：
1.折射角逐渐增大，折射光线亮度逐渐减弱;
2.反射角逐渐增大，反射光线亮度逐渐增强；
3.当入射角增大到某一角度时，折射角度达到90时，折射光完全消失，所有光线全部反射。
全反射: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。
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。
探究思考
发生全反射的条件：①光从光密介质射入光疏介质
②入射角大于或等于临界角
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？
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？
探究思考
折射率与临界角的关系：（光由介质射入真空中）
注意：(1)只有光从介质射入真空（空气）的交界面时，才能这样求临界角。
(2)n越大，临界角越小，也就越容易发生全发射。
界面
真空
介质
法线
C
水中的气泡，树叶上到露珠看上去特别明亮，是因为光在水界面上发生了全反射。
现象解释：
例1.（2022·广东·高三阶段练习）如图所示，直角三角形ABD为某种透明介质的横截面， ，P为BD边上的一点。若某单色光从P点垂直BD射入介质，在AB边恰好发生全反射，则介质对该光的折射率为（　　）
A． B． C．2 D．
典型例题
【答案】C
【详解】单色光从P点垂直BD射入介质，在AB边恰好发生全反射，光路图如图所示，根据几何关系可知，该光在AB边上发生全反射的临界角 ，又 ，解得 ，故选C。
1　（2022·湖北·高二期中）如图所示ABC为一透明材料做成的薄片状光学元件的横截面，它是正方形AOCB的一部分，AC为一半径为R的圆弧面，O为圆弧面圆心，在O处有一单色点光源S。从S发出的光经圆弧面AC有一部分不能从AB、BC面射出，这部分光占整个圆弧面AC弧长的，不考虑光在光学元件中的反射影响。则该元件对此单色光的折射率为（　　）
A． B． C． D．2
变 式
【答案】D
【详解】由题意可知，从S发出的光经圆弧面AC有一部分不能从AB、BC面射出，且这部分光占整个圆弧面AC弧长的，设从光源S发出的光射到D点时恰好全反射，则由题意知临界角为 ,故折射率为
,故选D。
知识点 2
全反射棱镜
演 示
结构：截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜。
原理：利用全反射原理
特点：(玻璃的临界角为32°—42°)
①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
②反射面不必涂敷任何反光物质
作用：改变光的方向，可使光的传播方向改变90°或180°
全反射棱镜的应用：
潜望镜
望远镜
例2.（2022·河北邢台·高二阶段练习）如图所示为单反照相机取景器的示意图，五边形ABCDE为五棱镜的一个截面， 。光线垂直AB边射入，分别在CD和EA上发生反射，且两次入射角相等，最后光线垂直BC射出。若两次反射均为全反射，则该五棱镜折射率的最小值是（　　）
A． B． C． D．
典型例题
【答案】A
【详解】若该五棱镜折射率最小，则光线在CD面和AE面上都是恰好发生全反射，根据几何关系可知全反射临界角为22.5°，则折射率的最小值为 ，故选A。
2　（2023·全国·高三专题练习）自行车上的红色尾灯不仅是装饰品，也是夜间骑车的安全指示灯，它能把来自后面的光线反射回去。某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角棱镜（折射率 ）组成，棱镜的横截面如图所示。一平行于横截面的光线从O点垂直AB边射入棱镜，先后经过AC边和CB边反射后，从AB边的O′点射出，则出射光线是（　　）
A．平行于AC边的光线① B．平行于入射光线的光线②
C．平行于CB边的光线③ D．平行于AB边的光线④
变 式
【答案】B
【详解】由题意可知光线在棱镜与空气界面发生全反射的临界角为 ,根据几何关系可知光线在AC面的入射角为45°，所以光线在AC面发生全反射，反射光线平行于AB，进而在BC面的入射角也为45°，也会发生全反射，最终垂直于AB射出棱镜，所以出射光线是平行于入射光线的光线②。故选B。
知识点 3
光导纤维
演 示
原理：利用全反射原理
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
优点：容量大、衰减小、抗干扰性强
光纤之父——高锟
1933-2018
光导纤维的应用：
光导纤维的用途很大，医学上将其制成内窥镜，用来检查人体内脏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。
医用内窥镜
光导纤维在医学上的应用
光导纤维的应用：
光纤通讯
利用光导纤维容量大、衰减小、抗干扰性强的优点进行通讯．
光导纤维的应用：
利用光导纤维抗冲击性强，可用距离长，柔软且加工性很好，输出光色变换丰富等特点来装饰照明．
光纤装饰照明
例3.（2022·黑龙江·汤原县高级中学高二阶段练习）（多选）2009年诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家高锟，以表彰他在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”做出了突破性成就，高锟被誉为“光纤之父”，光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务。目前我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络，下列说法正确的是（　　）
A．光导纤维传递光信号是利用光的干涉原理
B．光纤通信利用光作为载体来传递信号
C．目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝
D．光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理
典型例题
【答案】BCD
【详解】光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝，当光射入时满足光的全反射条件，从而发生全反射，最终实现传递信息的目的。故选BCD。
3　（2022·湖南·长沙市雅礼实验中学高二阶段练习）光纤通讯中信号传播的主要载体是光纤，它的结构如图所示，可看成一段直线，其内芯和外套的材料不同，光在内芯中传播。下列关于光纤的说法中正确的是（ ）
A．波长越长的光在光纤中传播的速度越大
B．频率越大的光在光纤中传播的速度越大
C．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
D．内芯的折射率比外套的大，光传播时在外套与外界的界面上发生全反射
变 式
【答案】A
【详解】A．波长越长的光，介质对它的折射率越小，根据公式 ，光在光纤中传播的速度越大，故A正确；
B．频率越大的光，介质对它的折射率越大，根据公式 ，光在光纤中传播的速度越小，故B错误；CD．当内芯的折射率比外套的大时，光传播时在内芯与外套的界面上才能发生全反射，故CD错误。故选A。
1.（2023·全国·高三专题练习）在观察光的全反射实验中，用激光笔从A点照射半圆形玻璃砖的圆心O点，发现有OB、OC两条细光束。当入射光束AO绕O点顺时针转动小角度θ，OB、OC也会随之转动。则（ ）
A．光束OB顺时针转动的角度大于θ B．光束OC逆时针转动的角度小于θ
C．光束OB逐渐变亮 D．光束OC逐渐暗
课堂练习
【答案】A
【详解】A．由图可知，OB为折射光线，光从光密介质到光疏介质，入射角小于折射角，当入射光束AO绕O点顺时针转动，OB为折射光线也顺时针转动，但转动的更快，所以光束OB顺时针转动的角度大于θ，A正确；B．由图可知，光束OC为反射光线，转动方向与入射光线相反，但转动快慢相同，光束OC逆时针转动的角度等于θ，B错误；CD．当入射光线AO转动到一定程度时，入射角等于临界角，发生全发射，折射光线会消失，这一过程中，折射光线OB逐渐变暗，反射光线OC逐渐变亮，CD错误。故选A。
2.（2022·全国·高二专题练习）如图所示，ABCD是两面平行的足够大的透明玻璃砖，AB面和CD面是玻璃和空气的分界面，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（　　）
①只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象
②只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象
③不管入射角多大，光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象
④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
A．①② B．②③ C．①④ D．③④
【答案】D
【详解】①③．在界面Ⅰ上光由空气进入玻璃砖，是由光疏介质进入光密介质，不管入射角多大，都不可能发生全反射现象，故①错误，③正确；②④．在界面Ⅱ上光由玻璃进入空气，是由光密介质进入光疏介质，但是，由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行，光由界面Ⅰ进入玻璃后再到达界面Ⅱ，在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角，则界面Ⅱ上的入射角总是小于临界角，因此也不会发生全反射现象，故②错误，④正确；故③④正确，故选D。
3.（2022·广东·盐田高中高三阶段练习）光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，其侧截面如图所示，一复色光以一定的入射角（i≠0）从轴心射入光导纤维后分为a、b两束单色光，下列说法不正确的是（ ）
A．内芯材料中a的折射率比对b的折射率小
B．入射角i由0o逐渐增大时，a单色光全反射现象先消失
C．从空气射入光导纤维，a、b单色光的波长都变长
D．在内芯介质中a单色光的传播速度比b单色光大
【答案】C
【详解】A．根据光路图可知，两种光从空气射入内芯后a光的折射角大于b光的折射角，根据折射定律
可知，内芯材料中a的折射率比对b的折射率小，A正确；B．由以上分析可知，内芯材料中a的折射率比对b的折射率小，根据 所以a光的临界角大，所以入射角i由0o逐渐增大时，a单色光全反射现象先消失，B正确；C．光从空气射入内芯时，根据 可知光的传播速度变小，再根据 波速、频率与波长的关系可知，波长变短，C错误；D．因为内芯材料中a的折射率比对b的折射率小，根据 可知在内芯介质中a单色光的传播速度比b单色光大，D正确。故选C。
4.（2022·山东·滨州市沾化区实验高级中学高二期中）如图所示，空气中有一折射率为的玻璃柱体，其横截面是圆心角为90°，半径为R的扇形OAB，一束平行光平行于横截面，以45°入射角射到OA上，OB不透光，若考虑首次入射到圆弧AB上的光，则AB上没有光透出的部分的弧长为（　　）
A． B． C． D．
【答案】B
【详解】根据折射定律有 ，可得光进入玻璃后光线与竖直方向夹角为30°；过O点的光线垂直入射到AB界面上的C点射出，C到B之间没有光线射出，越接近A的光线入射角越大，全反射的可能性越大，根据临界角公式 ,可得临界角为 ，如果界面上临界角为D，此光线在AO界面上的点E入射，在三角形DOE中可求得DO与水平方向夹角为 ，所以没有光线射出的圆弧对应圆心角为 ，所以没有光透出的部分弧长为 。故选B。
课堂总结
全反射
光疏介质与光密介质
光从光密介质射入光疏介质
全反射的条件
全反射棱镜及其应用
全反射现象：折射光线消失
入射角大于或等于临界角
光导纤维及其应用

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