第四章 3 光的全反射（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（教科版）

3　光的全反射

[学习目标]　1.知道光的全反射现象，知道发生全反射的条件，掌握临界角与折射率的关系，能解释生活中的全反射问题(重难点)。2.了解全反射在光导纤维中的应用，体会物理学对科技进步和社会发展的影响。

一、全反射

如图所示，让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，在这个边与空气的界面上会发生反射和折射。入射角从0逐渐增大，使折射角增大到90°的过程中，反射光线和折射光线会有怎样的变化？

答案　入射角为0，折射角也为0，光线沿直线射出；随着入射角的逐渐增大，折射角逐渐增大，折射光线亮度逐渐减弱；反射角逐渐增大，反射光线亮度逐渐增强；当入射角增大到某一角度时，折射角达到90°，折射光线消失，所有光线全部反射。

1.光疏介质和光密介质是相对(选填“相对”或“绝对”)的。

2.全反射现象

(1)全反射：光从光密介质射到光疏介质的界面时，全部被反射回原介质中传播的现象。

(2)临界角

①定义：光从某种介质射向真空或空气、折射角为90°时的入射角，叫作这种介质的临界角。

②临界角C与折射率n的关系：sin C=。

3.全反射的条件

(1)光需从光密介质射至光疏介质的界面上。

(2)入射角必须等于或大于临界角。

如表所示，分别列出了四种物质的折射率、密度值，据此思考以下问题：

 

(1)“两种介质相比较，密度大的介质一定是光密介质”，这种说法对吗？试举例说明。

(2)光从哪种介质射入空气更容易发生全反射？

答案　(1)不对，光密介质和光疏介质具有相对性，折射率是反映介质光学性质的物理量，与介质的密度没有必然联系。如酒精的密度比水的密度小，但其折射率比水的折射率大，酒精相对于水是光密介质。

(2)介质折射率越大，发生全反射的临界角越小，越容易发生全反射，故光从金刚石射入空气更容易发生全反射。

(1)同一束光，在光疏介质中的传播速度比在光密介质中的传播速度更大。(　√　)

(2)发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非常弱。(　×　)

(3)光从空气射向水中时，只要入射角足够大，就可能发生全反射。(　×　)

(4)水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生了全反射。(　√　)

例1　(2024·成都市高二月考)某种材料制成的透明砖的截面如图所示，△BOC为直角三角形，∠C=60°，OB=d。一细束单色光线从BC的中点P垂直于BC面入射后，在OC面恰好发生全反射。已知光在真空中的速度大小为c，求：

(1)透明砖对该光的折射率；

(2)光线从P点射到OC面所用的时间。

答案　(1)　(2)

解析　(1)光线在透明砖中的光路图如图所示

根据几何关系可知，发生全反射的临界角为∠1=60°，有sin ∠1=

解得透明砖对该光的折射率为n=

(2)光在透明砖中的速度大小为v=

由几何关系可得PD=d，光线从P点射到OC面所用时间为t==。

针对训练　如图甲所示，一束单色光从真空中沿半径射入半圆柱形透明工件，光在圆心O处发生折射和反射，折射光线的强度随着θ的变化而变化(如图乙所示)，sin 53°=，则该工件的折射率为(　　)

A. B. C. D.

答案　A

解析　由题图可知，当θ=37°时发生全反射，可知临界角为C=53°，根据sin C=，可得n=，故A正确。

例2　(2024·凉山州高二期末)如图，直角三角形ABN是一棱镜的截面，AB=L，∠A=30°。棱镜材料的折射率为n=。一条光线以45°的入射角从AN边的中点M射入棱镜。不考虑光的多次反射。

(1)画出这条光线从AN进入至NB射出的光路图；

(2)这条光线能否在AB边发生全反射？

(3)求这条光线从棱镜中的出射点到B点的距离x。

答案　(1)见解析图　(2)能　(3)

解析　(1)(2)作光路图如图所示；

由折射定律可知=n，解得r=30°，由几何关系可知α=60°，而全反射临界角的正弦值sin C==，故C=45°，因为α>C，所以光线能在AB边发生全反射；

(3)根据光路图可知，光线垂直BN边射出，由几何关系知AN=Lcos 30°，AD=2×cos 30°，由图可知BD=L-AD，所以光线从棱镜中的出射点到B点的距离为x=BDsin 30°=。

应用全反射解决实际问题的基本方法