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4.2全反射
第四章 光
思考：熏黑的小光球放入水中为什么会变亮？
熏黑的小钢球
思考：为什么水滴晶莹剔透呢？
一、全反射
1.1 光疏介质与光密介质
名称 项目　　 光疏介质 光密介质
定义 折射率______的介质 折射率_____的介质
传播速度 光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度____ 折射特点 (1)光从______介质射入______介质时，折射角小于入射角 (2)光从______介质射入______介质时，折射角大于入射角 较小
较大
小
光疏
光密
光密
光疏
注意：
①光疏介质光密介质是相对而言的，只有对给定的两种介质才能谈光疏介质与光密介质，没有绝对的光疏、光密介质。
②光疏介质与光密介质的界定是以折射率为依据的,与介质的其他属性(如密度等)无关。
一、全反射
光由光疏介质斜射入光密介质时，折射角小于入射角；
光由光密介质斜射入光疏介质时，折射角大于入射角。
1.2 全反射
思考：
θ1
θ2
N
N'
A
O
B
光疏介质
光密介质
B
θ1
θ2
N
N'
A
O
光密介质
光疏介质
逐渐增大入射角，当入射角增大到某一角度，折射角接近90°时，继续增大入射角，这时会发生什么情况？
空气
水
演示实验：观察全反射现象
逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化；
折射光线、反射光线亮度如何变化？
一、全反射
1.2 全反射
一、全反射
（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。
观察实验现象后回答，随着入射角的逐渐增大的过程中：
增大
减弱
增大
增强
消失
1.2 全反射
一、全反射
1.2 全反射
全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫作全反射。
B
C
N
N'
A
O
光密介质
光疏介质
临界角：光从光密介质射向光疏介质时，折射角等于90°时的入射角，叫作临界角。字母C表示。
注：临界角是发生全反射时的最小入射角。
一、全反射
1.2 全反射
发生全反射的条件：
临界角的计算：
当光由某种介质射入真空或空气时
（1）光从光密介质射入光疏介质；
（2）入射角大于等于临界角。
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。
一、全反射
现象解释
被蜡烛熏黑的光亮铁球外表面附着一层未燃烧完全的碳蜡混和物，对水来说是不浸润的，当该球从空气进入水中时，在其外表面上会形成一层很薄的空气膜，当有光线透过水照射到水和空气界面上时，会发生全反射现象。
这是因为光从水珠射向底下的荷叶时，在到达水与空气膜的交界处，一部分光发生了全反射
【典例1】在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，为什么？这个圆锥的顶角是多大？
分析: 如图 ，岸上所有景物发出的光，射向水面时入射角θ1分布在 0°到90°之间，射入水中后的折射角θ2都在 0°至临界角 C 之间。
设圆锥的顶角为 α，则有 α ＝ 2C ＝ 97.6°
即圆锥的顶角为 97.6°。
【典例1】在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，为什么？这个圆锥的顶角是多大？
解：几乎贴着水面射入水里的光线，在潜水员看来是从折射角为C的方向射来的，水面上其他方向射来的光线，折射角都小于 C。因此他认为水面以上所有的景物都出现在顶角为 2C 的圆锥里。
由公式 和水的折射率 n ＝ 1.33，可求得临界角
二、全反射棱镜
(1)截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜
(2)原理：利用全反射原理
(3)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
(4)作用：改变光的方向，可使光的传播方向改变90°或180°
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全反射在生产生活中有哪些应用？
全反射棱镜实验：
【典例2】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,其框外光线如图甲所示。方框内有两个折射率n=1.5的玻璃全反射棱镜。图乙给出了两棱镜四种放置方式的示意图,其中能产生图甲效果的是(　　)
B
甲
乙
二、全反射棱镜
双筒望远镜使用全反射棱镜能够缩短镜筒的长度。
精密昂贵的光学仪器中，如显微镜，单反相机，潜望镜，望远镜，自行车尾灯……
应用
优越性：与平面镜相比，其反射率高，几乎达到100%；由于反射面不必涂敷任何反光物质，所以反射时成像失真小。
三、光导纤维
1966年，33岁的华裔科学家高锟博士和George A. Hockham首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，43年后，获得2009年诺贝尔物理学奖。由于高锟制造出世界上第一根光导纤维，被誉为“光纤通读之父”。
高锟
三、光导纤维
结构：直径只有几微米到一百微米之间的特制玻璃丝，由内芯和外套两层组成。
工作原理：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，使反射光的能量最强，实现远距离传送。
优越性：容量大、衰减小、抗干扰性强。
应用：光纤通信、内窥镜等。
三、光导纤维
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。
内窥镜的结构
光导纤维在医学上的应用
三、光导纤维
光导纤维在通信上的应用
光纤通信的主要优点是：容量大、衰减小、抗干扰性强．
三、光导纤维
思考：若光导纤维的折射率为n，在端面上入射光满足什么条件，才能使 光在光导纤维中不断发生全反射，从一端传到另一端？
入射角 只要不大于 ，光线就能连续不断地发生全反射，从光导纤维的一端传到另一端。
【练习1】(多选)如图所示,ABCD是两面平行的透明玻璃砖,AB面和CD面是玻璃和空气的界面,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(　　)
A.只要入射角足够大,光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象
B.只要入射角足够大,光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象
C.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
D.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
CD
【练习2】如图所示,AB为一直光导纤维,AB之间距离为s,使一光脉冲信号从光导纤维中间入射,射入后在光导纤维内芯与外套的界面上恰好发生全反射,由A点传输到B点所用时间为t,求光导纤维所用材料的折射率n。(已知光在真空中的传播速度为c)

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