19.3 全反射

生活中有很多跟光有关的有趣的自然 现象 比较不容易看到的有 : 海市蜃楼视频.wmv 海市蜃楼视频.wmv 沙漠海市蜃楼.rm 沙漠海市蜃楼.rm 比较容易看到的有 : 路面全反射.mpg 路面全反射.mpg 水珠.mpg 水珠.mpg

实验 实验 1 ：一束激光从空气射向半圆形玻璃砖的直角边 A 的圆心 O 。 思考 : 两者有何异同点 ? 实验 2 ：一束激光从空气射向半圆形玻璃砖的半圆面。 玻璃全反射.mpg

不同点： ①光从空气 → 玻璃，入射角＞折射角；光从玻璃 → 空气， 入射角＜折射角 ②光从空气 → 玻璃，同时存在反射光和折射光； ③光从玻璃 → 空气，当入射角达到某个角度时折射角达 到 90° ，折射光线消失 相同点： ①入射角增大，反射角增大，折射角也 增大； ②入射角增大，反射光强度增加，折射光强度减弱； ③在半圆形界面，光的入射角皆为零度，光不偏离直 线传播；而在直径 AB 的分界面，光偏离原直线传播。

光由一种透明介质射到另一透明 介质, 光线不发生折射，而全部返回到 原介质中的传播现象叫全反射现象 全反射现象 : 问 : 是否只有玻璃才能发生全反射呢 ? 水全反射.rm

从以上的实验中, 我们可以得到什 么结论呢 ? 什么情况下发生了全反 射 ? 1 光从玻璃 ( 或水 ) 介质到空气 2 入射角要大于某个值

我们现在研究当光从玻璃介质斜射入空气的过 程, 通过前面的学习我们知道光由玻璃介质斜射入 空气时，折射角大于入射角，由此可以预料，当入 射角增大到一定程度时，折射角就会增大到 90° ． 我们现在研究当光从玻璃介质斜射入空气的过 程, 通过前面的学习我们知道光由玻璃介质斜射入 空气时，折射角大于入射角，由此可以预料，当入 射角增大到一定程度时，折射角就会增大到 90° ． θ1θ1 θ2θ2 介质 N N'N' A O B 空气 θ1θ1 θ2θ2 介质 N N'N' A O B 空气 折射角 θ 2 为 90° 时，会发生什么情况？ 折射角 θ 2 为 90° 时，会发生什么情况？

  光由玻璃介质射入空气时，同时发生反射和折射， 折射角大于入射角，随着入射角的增大，反射光线越 来越强，折射光线越来越弱，当折射角增大到 90° 时， 折射光线完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫做 全反射． 折射角 θ 2 为 90° 时，发生全反射现象． θ1θ1 θ3θ3 介质 N N'N' A O C 空气 θ1θ1 θ2θ2 介质 N N'N' A O B 空气 θ3θ3 C 全反射

θ1θ1 θ3θ3 玻璃介质 N N'N' A O B 空气  在研究全反射现象中，刚好发生全反射的，即 折射角等于 90° 时的入射角叫做临界角, 是一个很重 要的物理量．临界角用 C 表示  当光线从玻璃介质射入 空气介质时，如果入射角等 于或大于临界角，就发生全 反射现象． θ 1 ≥ 临界角 C 发生全反射现象

因而 ： 临界角 光从折射率为 n 的某种介质射到空气 ( 或真空 ) 时的临界角 C 就是折射角等于 90° 时的入射角，根据折射定律可得： 光从折射率为 n 的某种介质射到空气 ( 或真空 ) 时的临界角 C 就是折射角等于 90° 时的入射角，根据折射定律可得： 水的临界角为 各种玻璃的临界角为 金刚石的临界角为 思考 : 光从空气射向玻璃中会发生全反射吗 ?

不同介质的折射率不同，我们把 折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介 质称为光密介质． 不同介质的折射率不同，我们把 折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介 质称为光密介质． θ1θ1 θ3θ3 N N'N' A O B θ1θ1 θ2θ2 空气 N N'N' A O B 光疏介质和光密介质 介质 1 空气 介质 2 介质 1 相对介质 2 是光疏介质 介质 1 与介质 2 相对空气都是光密介质 θ2θ2 θ3θ3 ＞ n１n１ ＜ n2n2 光疏介质和光密介质是相对的．

发生全反射的条件 ① 光从光密介质进入光疏介质； ② 入射角等于或大于临界角． 思考 : 光从玻璃介质射向水中会发生 全反 射吗 ?

海市蜃楼 全反射原理在生活中的应用 及对奇妙自然现象的解释

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1 、光线由 AB 面垂直入 射 横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜 2 、光线由 AC 面垂直 入射 变化 90 ° 变化 180 ° 全反射棱镜 全反射原理在生活中的应用 及对奇妙自然现象的解释 A B C C B A 在 AC 面发生全反射， 垂直由 BC 面出射． 在 AB 、 BC 面发生两次全 反射，垂直由 AC 面出射．

全反射棱镜 在光学仪器里，常用全反射棱镜来代替平面镜， 改变光的传播方向．望远镜为了提高倍数，镜筒要很 长，通过使用全反射棱镜能够缩短镜筒的长度． 缩短镜筒的长度

全反射棱镜  一般的平面镜都是在玻璃的后面镀银， 但是银面容易脱 落．因此对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜 等，就需要用全反射棱镜代替平面镜．与平面镜相比, 它的反 射率高, 几乎可达 100% 提高反射率

在实际的 潜望镜里 用全反射 棱镜代替 平面镜 潜望镜.mpg

光导 纤维 光纤通信 光纤潜望镜 内窥镜 原理： 结构： 应用 光的全反射 全反射原理在生活中的应用 及对奇妙自然现象的解释 包层与内芯

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 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 内窥镜的结构 光导纤维在 医学上的应用 光导纤维在 医学上的应用

光导纤维 内窥镜

光导纤维的用途很大，通过它可以实现光纤通信． 光纤  光纤通信的主要优点是容量大、衰 减小、抗干扰性强．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．

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？ 全反射原理在生活中的应用 及对奇妙自然现象的解释

C 水的折射率为 1.33 所以 C= 则有圆锥顶角 θ=2C=97.6 0

小 结 1 、光疏介质、光密介质 2 、全反射 定义 临界角 C 全反射的产生条件 3 、全反射原理的应用实例 全反射棱镜 光导纤维 海市蜃楼

解题指导 [ 例题 1] 光在某种介质中的传播, 介质的折射率 为 2 ，若要使光从此介质射向真空时发生全反 射，则入射角不可能的值是： [ ] A.15 0 B C D A

( 例题 2) 某介质的折射率为 √2 ，一束光从介质 射向空气，入射角为 60° ，如图 1 所示的哪个 光路图是正确的 ?[ ] D

( 例题 3) 劣质的玻璃中往往含有气泡. 这些空 气泡看上去比较亮, 对这一现象有下列不 同的解释, 其中正确的是 () A 空气泡对光线有聚集作用, 因而较亮. B. 空气泡对光线有发散作用. 因而较亮. C. 从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分 发生全反射, 因而较亮. D. 从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分 发生全反射, 因而较亮. D

( 例题 4) 如图所示，一束光以 45° 的入射角从空气 投射到三棱镜的一个侧面上，在棱镜上发生折射， 折射光线与棱镜该侧面成 60° 角，并在棱镜另一 侧面上恰好发生全反射。由此可知，该棱镜材料 的折射率为 ________ ，该棱镜的顶角 θ 的大小为 ____ √2√2 75 0

2 、在研究全反射现象中，刚好发生全反射，即折射角等于 90 ° 时的入射角是一个很重要的物理量，叫做临界角 C 。 1 、定义：（当光从玻璃射向空气时，一部分光从分界面上折 射到空气中，一部分光反射回玻璃内，逐渐增大入射角，会看 到折射光离法线越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越 强。）当入射角增大到某一角度，使折射角达到 90° 时，折射 光线完全消失，只剩下反射光，这种现象叫做全反射。 3 、临界角 C 是折射角等于 90° 时的入射角，据折射定律及光 路可逆性可计算出光从介质射入空气时,C 和折射率的关系： 4 、产生全反射现象的条件： ①光从光密介质射入光疏介质 ②入射角 ≥ 临界角 知识结构