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新人教版 选择性必修一
第四章 光
第2节 全反射
水中的气泡，树叶上的露珠看起来特别明亮。这是为什么呢？
新课引入
（1）.光疏介质:两种介质中，折射率较小的介质.
（2）.光密介质:两种介质中，折射率较大的介质
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。
学习任务一：全反射
1.光疏、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;
光由光密介质斜射入光疏介质时,折射角大于入射角；
思考:光由光密介质进入光疏介质时,如果入射角不断增大,哪个角先达到90°？
使折射角增大到90°时,会出现什么现象?
二、光的折射
学习任务一：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
学习任务一：全反射
水中的全反射现象
2.观察全反射现象
学习任务一：全反射
玻璃中的全反射现象
2.观察全反射现象
（1）.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，使折射角达到 时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫做全反射。
（2）.临界角：当光从光密介质射入光疏介质时，折射角等于90°时的入射角叫临界角，
一般用字母C 表示。
（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
二、光的折射
学习任务一：全反射
二、光的折射
学习任务一：全反射
（1）由于不同介质的折射率不同，在光从介质射入空气（真空）时，发生全反射的临界角是不一样的。
（2）计算时可以先考虑图 的情形：光以接近 90°的入射角从空气射入介质，求出这时的折射角。根据光路可逆的道理，也就知道光从介质射入空气时发生全反射的临界角了
临界角C的大小由折射率可得：
临界角的正弦值：
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。
3.临界角的大小
全反射是自然界中常见的现象。例如，水中或玻璃中的气泡，看起来特别明亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故。
二、光的折射
学习任务一：全反射
4. 全反射现象实例
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。
设圆锥的顶角为α，则有α＝2C＝97.6°即圆锥的顶角为97.6°。
由公式 和水的折射率n＝1.33，可求得临界角
例题1
(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°
45?
45?
45?
45?
45?
45?
二、光的折射
学习任务二：全反射棱镜
1.全反射棱镜
二、光的折射
学习任务二：全反射棱镜
2.实验演示
二、光的折射
学习任务二：全反射棱镜
3.全反射棱镜的应用
二、光的折射
学习任务三：光导纤维
1.实验演示
光导纤维导光的原理：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。
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。
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。
二、光的折射
学习任务三：光导纤维
2.光导纤维
光导纤维的用途很大，通过它可以实现光纤通信。光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强。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。?
1966年华裔科学家高锟提出光纤通讯的设想，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“光纤通讯之父”。
二、光的折射
学习任务三：光导纤维
3.光导纤维的应用
若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②（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。
光也可像无线电波那样，作为载体来传递信息。载有声音、图像以及各种数字信号的激光从光纤的一端输入，就可传到千里以外的另一端，实现光纤通信
二、光的折射
学习任务三：光导纤维
二、光的折射
学习任务三：光导纤维
3.光导纤维的应用实验
二、光的折射
做一做
水流导光
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.图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 (　)
B
当堂达标训练
[解析]四个选项的光路图如图所示,故B正确.
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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????1????????
D.n1>n2,光通过光缆的时间大于????1????????
?
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=????sin????, 光在内芯的传播速度v=????????1, 所以光通过光缆的时间 t=????????=????1????????sin????>????1????????, 故 D 正 确.
?
D
?
解析：光线由左侧垂直射入，在CD面上入射角 ，设棱镜的临界角为C，故有 ， 故 ，光线在CD面上发生全反射。
光线在AB面上入射角 ，发生全反射，反射光线与BC面垂直
3.课后94页用一个折射率 的透明介质做成的四棱柱截面如图，其中， ， 现有一束光从图示的位置垂直入射到棱镜的AB面上，画出光路图，确定出射光线。注意：每个面的反射关系那和折射光线都不能忽略。
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4.课后94页光导纤维（可简化为长玻璃丝）的示意图，玻璃丝长为， 折射率为，AB代表端面，为使光能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光在端面AB上的入射角应满足的条件？
解析：设当入射角为 时，进入端面的折射光线传到侧面时，恰好发生全反射，则有 ， ， 。解得， 由于 ，所以 ， 即 时光线能传到另一端
当堂达标训练
3.如图所示,半圆玻璃砖的截面半径为R=9 cm,折射率为n=3,直径AB与水平屏幕MN垂直并接触于A点.激光a以入射角i=30°射向半圆玻璃砖的圆心O,结果在水平屏幕MN上出现两个光斑.
(1)作出光路图(不考虑光沿原路返回);
?
[答案]如图所示
[解析]光路图如图所示.
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3.如图所示,半圆玻璃砖的截面半径为R=9 cm,折射率为n=3,直径AB与水平屏幕MN垂直并接触于A点.激光a以入射角i=30°射向半圆玻璃砖的圆心O,结果在水平屏幕MN上出现两个光斑.
(2)求两个光斑之间的距离;
?
[答案]12 3 cm　
[解析]设折射角为r,根据折射定律和光路的可逆性可得n=sin????sin????=sin????sin30°,解得r=60°,由几何关系可知,△OPQ为直角三角形,所以两个光斑之间的距离为PQ=PA+AQ=Rtan 30°+Rtan 60°=123 cm.
?
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3.如图所示,半圆玻璃砖的截面半径为R=9 cm,折射率为n=3,直径AB与水平屏幕MN垂直并接触于A点.激光a以入射角i=30°射向半圆玻璃砖的圆心O,结果在水平屏幕MN上出现两个光斑.
(3)改变入射角,使屏MN上只剩一个光斑,求此光斑离A点的最长距离.
?
[答案]9 2 cm
[解析] 在入射角增大的过程中,发生全反射时,屏MN上只剩一个光斑,此光斑离A点最远时,光恰好发生全反射,入射角等于临界角,由临界角公式得sin C=1????,此光斑离A点的最长距离d=????tan????=92 cm.
?
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