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新人教版 選擇性必修一
第四章 光
第2節 全反射
水中的氣泡，樹葉上的露珠看起來特別明亮。這是為什么呢？
新課引入
（1）.光疏介質:兩種介質中，折射率較小的介質.
（2）.光密介質:兩種介質中，折射率較大的介質
注意:“光密介質”和“光疏介質”是相對而言的,對其界定是以折射率為依據的。
學習任務一：全反射
1.光疏、光密介質
光由光疏介質斜射入光密介質時,折射角小于入射角;
光由光密介質斜射入光疏介質時,折射角大于入射角；
思考:光由光密介質進入光疏介質時,如果入射角不斷增大,哪個角先達到90°？
使折射角增大到90°時,會出現什么現象?
二、光的折射
學習任務一：全反射
（1）折射角逐漸 ；
（2）折射光線亮度逐漸 ；
（3）反射角逐漸 ；
（4）反射光線亮度逐漸 ；
（5）當入射角增大到某一角度時，折射光線 ，所有光線全部反射
觀察實驗現象后回答，隨著入射角的逐漸增大的過程中：
增大
減弱
增大
增強
消失
學習任務一：全反射
水中的全反射現象
2.觀察全反射現象
學習任務一：全反射
玻璃中的全反射現象
2.觀察全反射現象
（1）.全反射：當光從光密介質射入光疏介質時，入射角逐漸增大到某一角度，使折射角達到 時，折射光完全消失，只剩下反射光，這種現象叫做全反射。
（2）.臨界角：當光從光密介質射入光疏介質時，折射角等于90°時的入射角叫臨界角，
一般用字母C 表示。
（3）.發生全反射的條件:

(1)光從光密介質射入光疏介質;
(2)入射角等于或大于臨界角
二、光的折射
學習任務一：全反射
二、光的折射
學習任務一：全反射
（1）由于不同介質的折射率不同，在光從介質射入空氣（真空）時，發生全反射的臨界角是不一樣的。
（2）計算時可以先考慮圖 的情形：光以接近 90°的入射角從空氣射入介質，求出這時的折射角。根據光路可逆的道理，也就知道光從介質射入空氣時發生全反射的臨界角了
臨界角C的大小由折射率可得：
臨界角的正弦值：
注意：(1)只有光從介質射入真空（空氣）的交界面時，才能這樣求臨界角。
(2)n越大，臨界角越小，也就越容易發生全發射。
3.臨界角的大小
全反射是自然界中常見的現象。例如，水中或玻璃中的氣泡，看起來特別明亮，就是因為光從水或玻璃射向氣泡時，一部分光在界面上發生了全反射的緣故。
二、光的折射
學習任務一：全反射
4. 全反射現象實例
在潛水員看來，岸上的所有景物都出現在一個倒立的圓錐里，為什么？這個圓錐的頂角是多大？
解：幾乎貼著水面射入水里的光線，在潛水員看來是從折射角為C的方向射來的，水面上其他方向射來的光線，折射角都小于C。因此他認為水面以上所有的景物都出現在頂角為2C的圓錐里。
設圓錐的頂角為α，則有α＝2C＝97.6°即圓錐的頂角為97.6°。
由公式 和水的折射率n＝1.33，可求得臨界角
例題1
(1)截面為等腰直角三角形的玻璃棱鏡
(2)原理：利用全反射原理
(3)特點：(玻璃的臨界角為32~42°)
①當光垂直于它的任意一個界面射入后，都會在其內部發生全反射，與平面鏡相比，它的反射率很高
②反射面不必涂敷任何反光物質
(4)作用：改變光的方向，可使光的傳播方向改變90°或180°
45?
45?
45?
45?
45?
45?
二、光的折射
學習任務二：全反射棱鏡
1.全反射棱鏡
二、光的折射
學習任務二：全反射棱鏡
2.實驗演示
二、光的折射
學習任務二：全反射棱鏡
3.全反射棱鏡的應用
二、光的折射
學習任務三：光導纖維
1.實驗演示
光導纖維導光的原理：當光在有機玻璃棒內傳播時，如果從有機玻璃射向空氣的入射角大于臨界角，光會發生全反射，于是光在有機玻璃棒內沿著鋸齒形路線傳播。
實用光導纖維的直徑只有幾微米到一百微米。因為很細，一定程度上可以彎折。它由內芯和外套兩層組成，內芯的折射率比外套的大，光傳播時在內芯與外套的界面上發生全反射。
當光在有機玻璃棒內傳播時，如果從有機玻璃射向空氣的入射角大于臨界角，光會發生全反射，于是光在有機玻璃棒內沿著鋸齒形路線傳播。這就是光導纖維導光的原理。
二、光的折射
學習任務三：光導纖維
2.光導纖維
光導纖維的用途很大，通過它可以實現光纖通信。光纖通信的主要優點是容量大、衰減小、抗干擾性強。一路光纖的傳輸能力理論值為二十億路電話，一千萬路電視。雖然光纖通信的發展歷史只有20多年的，但是發展的速度是驚人的。?
1966年華裔科學家高錕提出光纖通訊的設想，43年后獲得2009年諾貝爾物理學獎。由于高錕制造出世界上第一根光導纖維，被譽為“光纖通訊之父”。
二、光的折射
學習任務三：光導纖維
3.光導纖維的應用
若把光導纖維聚集成束，使纖維在兩端排列的相對位置一樣，圖像就可以從一端傳到另一端（圖 1）。 醫學上用這種光纖制成內窺鏡②（圖 2）用來檢查人體胃、腸、氣管等臟器的內部。 實際的內窺鏡裝有兩組光纖，一組把光傳送到人體內部進行照明，另一組把體內的圖像傳出供醫生觀察。
光也可像無線電波那樣，作為載體來傳遞信息。載有聲音、圖像以及各種數字信號的激光從光纖的一端輸入，就可傳到千里以外的另一端，實現光纖通信
二、光的折射
學習任務三：光導纖維
二、光的折射
學習任務三：光導纖維
3.光導纖維的應用實驗
二、光的折射
做一做
水流導光
1.空氣中兩條光線a和b從方框左側入射,分別從方框下方和上方射出,其框外光線如圖所示.方框內有兩個折射率n=1.5的全反射玻璃棱鏡.圖給出了兩棱鏡的四種放置方式的示意圖,其中能產生圖中效果的是 (　)
B
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[解析]四個選項的光路圖如圖所示,故B正確.
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2. 如圖所示是兩個城市間光纜中的一條光導纖維的一段,光纜總長為L,它的玻璃芯的折射率為n1,外層材料的折射率為n2.若光在空氣中的傳播速度近似為c,則對于光由它的一端射入經多次全反射后從另一端射出的過程,下列判斷中正確的是 (　 　)
A.n1B.n1C.n1>n2,光通過光纜的時間等于????1????????
D.n1>n2,光通過光纜的時間大于????1????????
?
解析：光從光密介質射入光疏介質,才可能發生全反射故n1>n2;光在內芯傳播的路程 s=????sin????, 光在內芯的傳播速度v=????????1, 所以光通過光纜的時間 t=????????=????1????????sin????>????1????????, 故 D 正 確.
?
D
?
解析：光線由左側垂直射入，在CD面上入射角 ，設棱鏡的臨界角為C，故有 ， 故 ，光線在CD面上發生全反射。
光線在AB面上入射角 ，發生全反射，反射光線與BC面垂直
3.課后94頁用一個折射率 的透明介質做成的四棱柱截面如圖，其中， ， 現有一束光從圖示的位置垂直入射到棱鏡的AB面上，畫出光路圖，確定出射光線。注意：每個面的反射關系那和折射光線都不能忽略。
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4.課后94頁光導纖維（可簡化為長玻璃絲）的示意圖，玻璃絲長為， 折射率為，AB代表端面，為使光能從玻璃絲的AB端面傳播到另一端面，求光在端面AB上的入射角應滿足的條件？
解析：設當入射角為 時，進入端面的折射光線傳到側面時，恰好發生全反射，則有 ， ， 。解得， 由于 ，所以 ， 即 時光線能傳到另一端
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3.如圖所示,半圓玻璃磚的截面半徑為R=9 cm,折射率為n=3,直徑AB與水平屏幕MN垂直并接觸于A點.激光a以入射角i=30°射向半圓玻璃磚的圓心O,結果在水平屏幕MN上出現兩個光斑.
(1)作出光路圖(不考慮光沿原路返回);
?
[答案]如圖所示
[解析]光路圖如圖所示.
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3.如圖所示,半圓玻璃磚的截面半徑為R=9 cm,折射率為n=3,直徑AB與水平屏幕MN垂直并接觸于A點.激光a以入射角i=30°射向半圓玻璃磚的圓心O,結果在水平屏幕MN上出現兩個光斑.
(2)求兩個光斑之間的距離;
?
[答案]12 3 cm　
[解析]設折射角為r,根據折射定律和光路的可逆性可得n=sin????sin????=sin????sin30°,解得r=60°,由幾何關系可知,△OPQ為直角三角形,所以兩個光斑之間的距離為PQ=PA+AQ=Rtan 30°+Rtan 60°=123 cm.
?
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3.如圖所示,半圓玻璃磚的截面半徑為R=9 cm,折射率為n=3,直徑AB與水平屏幕MN垂直并接觸于A點.激光a以入射角i=30°射向半圓玻璃磚的圓心O,結果在水平屏幕MN上出現兩個光斑.
(3)改變入射角,使屏MN上只剩一個光斑,求此光斑離A點的最長距離.
?
[答案]9 2 cm
[解析] 在入射角增大的過程中,發生全反射時,屏MN上只剩一個光斑,此光斑離A點最遠時,光恰好發生全反射,入射角等于臨界角,由臨界角公式得sin C=1????,此光斑離A點的最長距離d=????tan????=92 cm.
?
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