4.2全反射 导学案 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

教学内容

全反射

知识梳理

知识点1全反射

1.对光疏介质和光密介质的理解

(1)光疏介质和光密介质

对于折射率不同的两种介质，我们把折射率较小的称为光疏介质，折射率较大的称为光密介质。

重点：光疏介质和光密介质是相对的，同一种介质到底是光疏介质还是光密介质，并非是绝对的.例如，水晶(n=1.55)相对于水(n=1.33)是光密介质，而相对于金刚石(n=2.42)是光疏介质。

(2)光疏介质与光密介质的理解

①光疏介质和光密介质，是从介质的光学特性来说的，并不是指它的密度大小。

例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介质。

②光疏介质与光密介质的比较

2.全反射现象

(1)定义：当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射，如果入射角逐渐增大，折射光离法线会越来越远，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，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫作全反射。

(2)发生全反射，必须同时具备两个条件：

1光从光密介质射入光疏介质；

2入射角等于或大于临界角。

(3)临界角：折射角等于90°时的入射角，光从介质(折射率为n)射入空气(真空)时，设发生全反射的临界角为C，则sinC=，介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。

重点：(1)当折射角为90°时，恰好发生了全反射，实际上折射角为90°是不存在的，但它是发生全反射的临界角度，因此在利用折射定律求解临界角时，认为折射角为90°。

(2)如果光从光疏介质射入光密介质，折射伯小子人射角，则无论入射角多大，都不会发生

全反射现象。

(3)发生全反射时，仍然遵循光路可逆原理。

(4)发生全反射现像时光的能量变化

光从光密介质射入光疏介质，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量实际上已经减为零，此时已经发生了全反射。

当光射到两种介质的分界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射。当折射角等于90°时，实际上就已经没有折射光线了。

3.解决全反射问题的思路

(1)若光从介质射入空气(真空)，根据sinC=确定临界角，看能否发生全反射。

(2)根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”。

(3)运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理、运算及变换，进行动态分析或定量计算。

知识点2全反射的应用

1.全反射棱镜

(1)定义：截面为等腰直角三角形的棱镜称为全反射棱镜。

(2)作用：利用全反射改变光的方向。

(3)光路特点

图中的等腰直角三角形ABC表示一个全反射棱镜的横截面，它的两个直角边AB和BC表示棱镜上两个互相垂直的侧面。

如图甲所示，如果光线垂直地射到AB面上，就会沿原来的方向射入棱镜，射到AC面上时，由于入射角大于光从玻璃射入空气的临界角，光会在AC面上发生全反射，沿着垂直于BC的方向从棱镜射出.如图乙所示，如果光线垂直地射到AC面上，就会沿原方向射入棱镜，在AB、BC两个面上都会发生全反射，最后沿着与入射时相反的方向从AC面上射出，如图丙所示，如果光线沿与AC面平行的方向射到AB面上，光线发生折射之后，在AC面发生全反射，最后沿着与AC面平行的方向从BC面射出。

光线沿法线方向入射至另一种介质时，光线的入射方向不发生变化。

(4)全反射棱镜的优点

1全反射棱镜的反射面不必涂敷任何反光物质，反射时失真少。

2全反射棱镜这种光学仪器用来改变光的方向，反射率高，几乎可达100%。

2.光导纤维

(1)光导纤维原理：光纤通信利用了全反射的原理。

如图甲所示，光导纤维由折射率较大的内芯和折射率较小的外套组成，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射，实用光导纤维的直径只有几微米到一百微米，是由很细的特制玻璃（或透明塑料）纤维制成的，一定程度上可以弯折，于是光在内芯中沿着锯齿形路线传播，如图乙所示.这就是光导纤维导光的原理。

(2)光导纤维的应用：在医学方面，用光导纤维制成内窥镜，用来检查人体胃、肠、气管等脏器的内部；在通信方面，携带着图像、声音及各种数字信号的光信号沿着光纤传输到很远的地方，实现光纤通信，光纤通信有容量大，衰减小、抗干扰性强等优点。

知识点3与全反射相关的自然现象

1.对“海市蜃楼”的理解

海水的比热容大，因而天气比较炎热时，离海面越近，空气温度越低，密度越大，折射率越大，我们可以粗略地把空中的大气分成许多水平的空气层，如图甲所示.来自远处景物的反射光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较小的上一层的入射角越来越大，当光线的入射角达到临界角时，就会发生全反射现象.当光线进入人的眼睛时，人总认为光是沿直线传播的，所以人就可以观察到景物的虚像成像于远处的半空中，这就是发生在海边的“海市蜃楼”的景象，如图乙所示。

2.对沙漠、柏油路上的“蜃景”的解释

①在沙漠中，由于沙粒的比热容小，被阳光照射后接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也小.从远处物体射向地面的光线，进入折射率较小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，当光线的入射角达到临界角时，就会发生全反射理象，人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒景，如图所示，仿佛是从水面反射出来的一样。

②在炎热夏季的柏油马路上，会看到远一点的路面特别亮，像洒了水一样湿漉漉的.这是因为贴近热路面附近的空气层稀薄，比上层空气的折射率小，射向路面的光线发生全反射，从远处看