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1、第第3讲光的全反射讲光的全反射目目标标定定位位1.知知道道光光疏疏介介质质、光光密密介介质质、全全反反射射、临临界界角角的的概概念念.2.理理解解全全反反射射的的条条件件，能能计计算算有有关关问问题题和和解解释释相相关关现现象象.3.了了解解光光导导纤纤维维的的工工作作原原理理和和光光导导纤纤维维在在生生产产、生生活活中中的的应应用用一、全反射现象一、全反射现象1光密介质和光疏介质光密介质和光疏介质(1)对对于于两两种种介介质质来来说说，光光在在其其中中传传播播的的速速度度较较小小的的介介质质，即即折折射射率率_的的介介质质叫叫_介介质质；光光在在其其中中传传播播的的速速度较大的介质，即折射率
2、较小的介质叫度较大的介质，即折射率较小的介质叫_介质介质(2)光疏介质和光密介质是相对的光疏介质和光密介质是相对的2全全反反射射：光光从从_介介质质射射到到_介介质质的的界界面面时时，全全部部被反射回原介质的现象被反射回原介质的现象较大较大 光密光密 光疏光疏 光密光密 光疏光疏 二、全反射条件二、全反射条件1全反射的条件全反射的条件(1)光需从光需从_介质射至介质射至_介质的界面上介质的界面上(2)入射角必须等于或入射角必须等于或_临界角临界角2临界角临界角(1)定定义义：光光从从某某种种介介质质射射向向真真空空或或空空气气时时使使折折射射角角变变为为90时的时的_，称作这种介质的临界角，称
3、作这种介质的临界角(2)临界角临界角C与折射率与折射率n的关系：的关系：sin C_.光密光密 光疏光疏 大于大于 入射角入射角 想想一一想想当当光光从从水水中中射射入入玻玻璃璃的的交交界界面面时时，只只要要入入射射角角足足够够大大就会发生全反射，这种说法正确吗？为什么？就会发生全反射，这种说法正确吗？为什么？答答案案不不正正确确要要发发生生全全反反射射必必须须光光从从光光密密介介质质射射入入光光疏疏介介质质而而水水相相对对玻玻璃璃是是光光疏疏介介质质，所所以以不不管管入入射射角角多多大大都都不不可可能能发发生全反射生全反射三、全反射的应用三、全反射的应用光导纤维光导纤维1光光纤纤的的工工作作
4、原原理理：由由于于有有机机玻玻璃璃的的折折射射率率_空空气气的的折折射射率率，当当光光从从有有机机玻玻璃璃棒棒的的一一端端射射入入时时，可可以以沿沿着着有有机机玻玻璃棒的表面发生多次璃棒的表面发生多次_，从另一端射出，从另一端射出2光光导导纤纤维维的的构构造造：由由两两种种折折射射率率不不同同的的玻玻璃璃制制成成，分分内内、外外两两层层，内内层层玻玻璃璃的的折折射射率率比比外外层层玻玻璃璃的的折折射射率率_当当光光从从一一端端进进入入光光纤纤时时，将将会会在在两两层层玻玻璃璃的的界界面面上上发发生生_3光光纤纤通通讯讯的的优优点点是是容容量量_，衰衰减减_，抗抗干干扰扰能能力力强、传播速率高强
5、、传播速率高.大于大于 全反射全反射大大全反射全反射 大大小小1对光疏介质和光密介质的理解对光疏介质和光密介质的理解(1)光光疏疏介介质质和和光光密密介介质质是是相相对对而而言言的的，并并没没有有绝绝对对的的意意义义(2)光光在在光光密密介介质质中中的的传传播播速速度度比比在在光光疏疏介介质质中中传传播播速速度度小小(3)光光若若从从光光密密介介质质进进入入光光疏疏介介质质时时，折折射射角角大大于于入入射射角角；反之，光由光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角反之，光由光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角(4)光光疏疏和和光光密密是是从从介介质质的的光光学学特特性性来来说说的的，并并不不
6、是是它它的的密密度大小度大小一、对全反射的理解一、对全反射的理解【例例1】关于全反射，下列叙述中正确的是关于全反射，下列叙述中正确的是()A发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非常弱发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非常弱B光从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象光从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象C光光从从光光密密介介质质射射向向光光疏疏介介质质时时，可可能能不不发发生生全全反反射射现现象象D光从光疏介质射向光密介质时，可能发生全反射现象光从光疏介质射向光密介质时，可能发生全反射现象解解析析发发生生全全反反射射时时折折射射光光线线的的能能量量为为零零，折折射射光光线
7、线消消失失，所所以以选选项项A错错误误；发发生生全全反反射射的的条条件件是是光光从从光光密密介介质质射射向向光光疏疏介介质质，且且入入射射角角大大于于或或等等于于临临界界角角，二二者者缺缺一一不不可可，所以选项所以选项B、D错误，选项错误，选项C正确正确答案答案C针针对对训训练练已已知知水水、水水晶晶、玻玻璃璃和和二二硫硫化化碳碳的的折折射射率率分分别别为为1.33、1.55、1.60和和1.63，如如果果光光按按下下面面几几种种方方式式传传播播，可可能发生全反射的是能发生全反射的是()A从水晶射入玻璃从水晶射入玻璃 B从水射入二硫化碳从水射入二硫化碳C从玻璃射入水中从玻璃射入水中 D从水射入
8、水晶从水射入水晶解解析析根根据据发发生生全全反反射射的的条条件件，必必须须满满足足从从光光密密介介质质射射向向光疏介质，故选项光疏介质，故选项C正确正确答案答案C1原原理理：内内芯芯的的折折射射率率比比外外套套大大，光光传传播播时时在在内内芯芯和和外外套套的的界面上发生全反射界面上发生全反射2优点：容量大、衰减小、抗干扰能力强、传播速率高等优点：容量大、衰减小、抗干扰能力强、传播速率高等3应用：光纤通信；医学上的内窥镜应用：光纤通信；医学上的内窥镜二、光导纤维二、光导纤维【例例2】光光导导纤纤维维的的结结构构如如图图1所所示示，其其内内芯芯和和外外套套材材料料不不同同，光光在在内内芯芯中中传传
9、播播，以以下下关关于于光光导导纤纤维维的的说说法法正正确确的的是是()A内内芯芯的的折折射射率率比比外外套套的的大大，光光传传播播时时在在内内芯芯与与外外套套的的界面发生全反射界面发生全反射B内内芯芯的的折折射射率率比比外外套套的的小小，光光传传播播时时在在内内芯芯与与外外套套的的界界面发生全反射面发生全反射C内内芯芯的的折折射射率率比比外外套套的的小小，光光传传播播时时在在内内芯芯与与外外套套的的界界面面发生折射发生折射D内内芯芯的的折折射射率率与与外外套套的的相相同同，外外套套的的材材料料有有韧韧性性，可可以以起起保护作用保护作用解解析析光光导导纤纤维维的的内内芯芯折折射射率率大大于于外外套套的的折折射射率率，光光在在由由内内芯芯射射向向外外套套时时，在在其其界界面面处处发发生生全全反反射射，从从而而使使光光在在内内芯芯中中传传播播，A对对答案答案A三、全反射的定量计算三、全反射的定量计算【例例3】如如图图2所所示示为为一一圆圆柱柱中中空空玻玻璃璃管管，管管内内径径为为R1，外外径径为为R2，R22R1.一一束束光光线线在在圆圆柱柱横横截截面面内内射射向向玻玻璃璃管管，为为保保证证在在内内壁壁处处光光不不会会进进入入中中空空部部分分，问问入入射射角角i应应满满足足什什么么条件？条件？