1.2 全反射全反射 临界角界角问题引入引入全反射全反射临界角的界角的计算算全反射的运用全反射的运用 “坐坐井井观天天是是个个有有历史史典典故故的的成成语，这个个贬义词常常被被用来描画某人用来描画某人阅历狭窄，跟它相仿的成狭窄，跟它相仿的成语还有有“井底之蛙。井底之蛙。 空桶底之蛙，它的空桶底之蛙，它的视野被桶口所限，有看不到的死角。野被桶口所限，有看不到的死角。而当桶中注而当桶中注满水之后放水之后放进一条一条鱼，鱼儿儿虽然然躲在水下却能在水下却能对水面上的世界一水面上的世界一览无无遗。 问题引入问题引入井底之蛙井底之蛙水中之水中之鱼 一、一、 全反射全反射 两两介介质相相比比较，折折射射率率小小的的为光光疏疏介介质，折折射射率率大大的的为光密介光密介质。 1. 光疏介光疏介质和光密介和光密介质 2. 全反射景象全反射景象1光光从从光光疏疏介介质射射到到光光密密介介质时，折折射射角角小小于于入入射射角，并小于角，并小于90；2光光从从光光密密介介质射射到到光光疏疏介介质时，折折射射角角大大于于入入射射角，折射角可等于或大于角，折射角可等于或大于90。光疏介质光疏介质光密介质光密介质光疏介质光疏介质光密介质光密介质光疏介质光疏介质光密介质光密介质 3. 全反射全反射 入射光入射光线在介在介质分界面上被全部反射的景象。分界面上被全部反射的景象。 3 3假假设设再再增增大大入入射射角角，光光线线就就会会全全部部被被反反射，这就是全反射景象。射，这就是全反射景象。光疏介质光疏介质光密介质光密介质 2入射角等于或大于入射角等于或大于临界角。界角。 1光光线从光密介从光密介质到光疏介到光疏介质； 5. 全反射的条件全反射的条件 4. 临界角界角 折射角等于折射角等于90o时的入射角叫的入射角叫临界角。界角。光疏介质光疏介质光密介质光密介质0 0 二、二、 临界角的计算临界角的计算 真真空空或或空空气气的的折折射射率率为1 1，相相对于于其其他他介介质总是是光疏介光疏介质。当光从折射率。当光从折射率为n n 的介的介质进入真空或空气入真空或空气时， 上式上式阐明，在其他介明，在其他介质与真空或空气的界面上，折射与真空或空气的界面上，折射率越大的介率越大的介质其其临界角越小，越容易界角越小，越容易发生全反射。生全反射。光疏介质光疏介质光密介质光密介质0 0 留意：上式只适用于光留意：上式只适用于光线从介从介质到真空或空气。到真空或空气。几种介质对真空或空气的临界角几种介质对真空或空气的临界角折射率折射率临界角临界角物物 质质1. 4748. 647. 342. 9 水水30 42酒酒 精精甘甘 油油24. 41. 361. 331.5 1.9玻玻 璃璃2. 42金刚石金刚石 三、全反射的运用三、全反射的运用 1. 全反射棱全反射棱镜 横截面是等腰直角三角形的棱横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全叫全反射棱反射棱镜。 当当光光线从从玻玻璃璃射射向向空空气气的的入入射射角角为45o时，入入射射角角大大于于玻玻璃璃对空空气气的的临界界角角，光光线在在玻玻璃璃与与空空气气的的界界面面上上发生生了全反射。了全反射。 2.角角反反射射器器 它它是是由由三三个个相相互互垂垂直直的的反反射射平平面面组成成的的反反射射器器。射射入入角角反反射射器器的的光光线，不不论其其方方向向如如何何，都都会会被被沿沿入射方向的反方向反射出去。入射方向的反方向反射出去。 角反射器的反射面角反射器的反射面可以是平面可以是平面镜，也可以，也可以是两种介是两种介质的界面。的界面。 角角反反射射器器是是激激光光测距距的的主主要要器器具具, 只只需需激激光光射射中中它它,反反射射光光就就能能前往原前往原处。 角反射器被广泛运用于各种角反射器被广泛运用于各种车辆的尾部和一些醒目的的尾部和一些醒目的志。志。 3. 光导纤维光导纤维 (1)光光导导纤纤维维 光光导导纤纤维维是是直直径径只只需需几几微微米米到到100m左左右右，由由内内芯芯和和外外套套组组成成，光光线线就就在在内内芯芯和和外外套套的的界界面面上上发发生全反射。生全反射。光光导导纤纤维维，直直径径只只需需几微米到几微米到100 100 m m光在弯曲的玻璃棒中的全反射光在弯曲的玻璃棒中的全反射 (2)光光纤通通讯 光光纤通通讯是是利利用用光光导纤维来来传导光光波波，并并在在光光波波上上加加载信信息息的的通通讯方方式式。早早在在1870年年，英英国国物物理理学学家家廷廷德德尔初初次次在在伦敦敦的的实验室室内内发现了了光光导纤维的的原原理理，改改动了了光光只只能能沿沿直直线传播播的的局局限限性性-光光可可以以沿沿着着光光纤沿沿曲曲线前前进。但但他他的的研研讨并并没没有有立立刻刻得得到到利利用用，直直到到1955年年，英英国国伦敦敦帝帝国国学学院院的的卡卡帕帕尔博博士士才才胜利利地地制制成成了了光光导纤维。如如今今，光光纤通通讯曾曾经成成为一一种种先先进、快快速速的的通通讯方方式式被被广广泛泛地地利利用用。光光导纤维是是传送送激激光光的的通通道道。它它是是具具有有特特殊殊化化学学性性能能的的资料料，普普通通由由超超纯石石英英或或特特殊殊光光学学玻玻璃璃制制成成，直直径径非非常常小小，大大约只只需需几几微微米米到到几几百百微微米米,连同同它它的的维护涂涂层一一同同才才只只需需一一根根头发那那么么粗粗。用用于于通通讯的的光光纤有有很很多多根根光光导纤维集集塑塑束束而而成成，中中间用用钢棒棒或尼或尼龙棒加固。棒加固。例例1 1 红红、黄黄、绿绿三三种种单单色色光光以以一一样样的的入入射射角角从从同同一一介介质质射射向向空空气气。绿绿光光的的折折射射率率大大于于黄黄光光的的折折射射率率，黄黄光光的的折折射射率率又又大大于于红红光光的的折折射射率率，假假设设黄黄光光在在界界面面上上恰恰好好发生全反射，那么发生全反射，那么 (A)红光一定能光一定能发生全反射。生全反射。(B)绿光一定能光一定能发生全反射。生全反射。(C)只需只需红光从介光从介质进入空气。入空气。(D)只需只需绿光从介光从介质进入空气。入空气。 分析分析sin0 = 1 / n 0 0红0黄黄0绿 答答：绿光光一一定定能能发生生全全反反射射；只只需需红光光从从介介质进入入空气。空气。B例例2 在水中的在水中的鱼看来，水面和岸上的一切景物，都是看来，水面和岸上的一切景物，都是出如今出如今顶角角为 97的倒立的倒立圆锥里，里，为什么？什么？ 分析：分析：48.548.597 练练 习习 2. 欲欲使使光光在在两两种种介介质的的界界面面上上发生生全全反反射射，以以下下说法法正正确确的的选项是是 (A) 光从真空射向介光从真空射向介质，入射角足，入射角足够小。小。 (B) 光从介光从介质射向真空，入射角足射向真空，入射角足够小。小。 (C) 光从介光从介质射向空气，入射角大于射向空气，入射角大于临界角。界角。 (D) 光从空气射向介光从空气射向介质，入射角大于，入射角大于临界角。界角。 1. 与与实实践践位位置置相相比比，水水下下潜潜水水员员看看到到的的岸岸上上物物体体的的位位置置 (A) 变高了。变高了。 (B) 变低了。变低了。 (C) 高度未变。高度未变。 (D) 无法确定。无法确定。AC