1、2全反射1知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念。2.理解全反射的条件，能计算有关问题和解释相关现象。3.了解全反射棱镜和光导纤维的工作原理以及在生产、生活中的应用。一、全反射1光疏介质和光密介质光疏介质光密介质定义折射率不同的两种介质中，折射率较小的介质折射率不同的两种介质中，折射率较大的介质折射特点(1)光由光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角(2)光由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角2全反射(1)概念：当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射，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。(2)临界角：刚好发生全反
2、射，即折射角等于90时的入射角。用字母C表示。(3)发生全反射现象的条件光从光密介质射入光疏介质。入射角等于或大于临界角。(4)临界角与折射率的关系当光由介质射入空气(真空)时，sinC。二、全反射棱镜截面为等腰直角三角形的棱镜叫作全反射棱镜，其作用是改变光的方向。三、光导纤维1原理利用了全反射原理。2构造实用光导纤维直径只有几微米到一百微米，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。判一判(1)密度大的介质就是光密介质。()(2)两种介质相比较，折射率大的介质是光密介质。()(3)光密介质和光疏介质具有绝对性。()(4)截面是三角形的棱镜是全反射棱
3、镜。()(5)全反射棱镜和平面镜都是利用了光的全反射原理。()(6)光在光纤中传播时，在内芯和外套的界面上发生全反射。()(7)光纤通信的主要优点是容量大。()提示：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)想一想(1)只有一种介质能否确定它是光密介质还是光疏介质？提示：不能。光密介质、光疏介质是对确定的两种介质的折射率相比较而确定的，只有一种介质是无法比较折射率的，从而无法确定它是光疏介质还是光密介质。(2)为什么水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮？提示：水或玻璃中的气泡相对水或玻璃是光疏介质，光经过水或玻璃照射气泡时，一部分光会发生全反射，相对于其他物体而言，有更多的光反射到人眼中，就好像光
4、是由气泡发出的，因此人眼感觉水或玻璃中的气泡特别明亮。(3)微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂，光纤为什么要由两层介质构成？提示：光纤的工作原理是全反射，要由两种介质配合才能产生全反射现象。课堂任务全反射仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：玻璃的折射率为n，如图甲，光从空气射向玻璃发生了反射和折射，折射角r和入射角i有什么关系？提示：nsinrsini。活动2：图甲中，随着入射角i的增大，根据上述关系，猜测最终会出现什么现象？提示：根据nsinrsini，i增大时r会逐渐增大。因为n1，所以ir，i最大能增加到90，这时有1nsinrmax，所以r最终增大到rm
5、axarcsin。活动3：如图乙，光从玻璃射向空气发生了反射和折射，折射角r和入射角i有什么关系？提示：sinrnsini。活动4：图乙中，随着入射角i的增大，根据上述关系，猜测最终会出现什么现象？提示：根据sinrnsini，i增大时r会逐渐增大。因为n1，所以isinC，即iC，故光射到斜边上时发生全反射。由几何关系知，光反射到另一直角边时的入射角：i30设光从另一直角边射出时的折射角为r，则由折射率的定义有，得：r60所以从棱镜第一次射出的光线与原入射方向的偏转角为：906030。8(色光的全反射)半径为R的固定半圆柱形玻璃砖的横截面如图所示，O点为圆心，OO为直径MN的垂线，足够大的光
6、屏PQ紧靠在玻璃砖的右侧且与MN垂直。一束复色光沿半径方向与OO成30角射向O点，已知复色光包含折射率从n1到n2的光束，因而光屏上出现了彩色光带。(1)求彩色光带的宽度；(2)当复色光入射角逐渐增大时，光屏上的彩色光带将变成一个光点，求角至少为多少时会出现这种现象？答案(1)R(2)45解析(1)由折射定律得n1，n2，代入数据，解得145，260。故彩色光带的宽度为Rtan45Rtan30R。(2)当所有光线均发生全反射时，光屏上的光带消失，反射光束将在PN上形成一个光点。当折射率为n1的单色光在玻璃表面上恰好发生全反射时，对应的值最小，因为sinC1，所以C145，故的最小值minC14
7、5。9(全反射的计算)在桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆锥的轴(下图中虚线)与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图所示。有一半径为r的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的底面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合。已知玻璃的折射率为1.5，则光束在桌面上形成的光斑半径为()Ar B1.5r C2r D2.5r答案C解析因为n1.5，根据sinC可知临界角C60。由题意光束第一次射到圆锥侧面上的入射角为60，大于临界角，所以光路如图所示，左侧光线在圆锥面A点发生全反射，在OAB中，r，AOB60，利用几何关系可求得r，在ABC中，ACB30，利用几何关系可求得3r，由此可知光束在桌面上形
8、成的光斑半径为R2r，C正确。10(光的折射与全反射综合)(多选)如图所示是一玻璃球体，其半径为R，O为球心，AB为水平直径。M点是玻璃球的最高点，来自B点的光线BD从D点射出，出射光线平行于AB，已知ABD30，光在真空中的传播速度为c，则()A此玻璃的折射率为B光线从B到D需用时C若增大ABD，光线不可能在DM段发生全反射现象D若减小ABD，从AD段射出的光线均平行于AB答案AB解析由题图可知光线在D点的入射角为i30，折射角为r60，由折射率的定义得n，故n，A正确；光线在玻璃球中的传播速度为vc，由题图知BDR，所以光线从B到D需用时t，B正确；若增大ABD，入射角增大，当光线射向DM
9、段时，射向M点时入射角最大，为45，而临界角满足sinCsin45，即CC。光线在透明砖内会发生两次全反射，最后由G点射出，如图乙所示。由反射定律和几何关系得：OGOC10 cm，即光线从透明砖射出点的位置在O点右侧距离O点为10 cm处。12(光的折射与全反射的综合应用)一厚度均匀的圆形玻璃管内径为16 cm，外径为24 cm。一条光线从玻璃管壁中点入射，光线AB与竖直方向成60角，与直径MN在同一竖直面内，如图所示。该玻璃的折射率为，真空中光速c3.0108 m/s。(1)光线经玻璃管内壁折射后从另一侧内壁下端射出玻璃管，求玻璃管的长度；(2)保持入射点不动，调整入射角。求光线AB在玻璃管内壁处恰好发生全反射时，光线在玻璃中传播的时间。(以上结果均保留两位有效数字)答案(1)0.30 m(2)1.5109 s解析(1)光在两个界面的入射角和折射角分别是1和2、3和4，如图1所示，其中160，根据折射定律得：n解得：245n由几何知识有：2390联立解得：460玻璃管的长度为：LD1tan4(216) cm0.30 m。(2)作光路图如图2所示，当光线AB在管内壁处恰发生全反射时，光线在玻璃管中通过的路程为x另有：sinC，v，xvt则光线在玻璃中传播的时间为：t(18)1010 s1.5109 s。
