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第二节 全反射
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课前自主学案
核心要点突破 课堂互动讲练
课标定位
知能优化训练 第
二 节 全 反 射
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课标定位
学习目标： 1. 知道光疏介质、光密介质、全反射、
临界角的概念．
2 ．能判断是否发生全反射，能计算有关问题并能解 释全反射现象．
重点难点： 1. 解释全反射现象，发生全反射时临界 角的计算．
2 ．能判断是否发生全反射，并能进行相关计算．
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课前自主学案
一、全反射
1 ．光疏介质和光密介质
两种介质相比较，折射率小的介质叫 ______ 介质 , 折射率大的介质叫 ______ 介质．
说明：光密介质和光疏介质是相对的．
光疏 光密
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光密
入射 90°
光疏
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(3) 发生全反射的条件
① 光线从 ______ 介质射入 ______ 介质．
② 入射角 ______________ 临界角．
二、全反射棱镜
横截面是 _________________ 的棱镜叫全反射棱 镜，全反射棱镜是一种特殊的棱镜，在光学仪器中 用来改变光的方向．
光密 光疏
大于或等于
等腰直角三角形
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三、光导纤维
1 ．光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几 微米到一百微米之间，光导纤维对光有传导作用，
是利用了光的 _______ 原理，光传播时在内芯和 外套的界面上发生 _______ ．
2 ．光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干 扰性强．
全反射 全反射
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核心要点突破
一、对全反射的理解
1 ．从能量角度看，光在两种介质分界面上发生反 射和折射时，若不计介质的吸收，入射光能量会分 配成反射和折射两部分，其中反射光能量随着入射 角的增大而增强，折射光能量则随着入射角的增大 而减弱．当发生全反射时，折射光能量等于零，入 射光能量完全转化为反射光的能量．因此，当入射 角越小时折射光越强，而反射光越弱．这正是我们 看水底处物体时感到垂直下视时看得最清楚，而斜 视时感到有些模糊的原因．
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即时应用 ( 即时突破，小试牛刀 )
1 ． (2011 年南昌高二检测 ) 全反射是自然界里常 见的现象，下列与全反射相关的说法正确的是 ( )
A ．光只有从光密介质射向光疏介质时才能发生全 反射
B ．如果条件允许，光从光疏介质射向光密介质时 也可能发生全反射
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C ．发生全反射时，折射光线完全消失，反射 光的能量几乎等于入射光的能量
D ．只有在入射角等于临界角时才能发生全反 射
答案： AC
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二、全反射特例分析 1 ．“海市蜃楼”
由于空中大气的折射和全反射，会在空中出现“海 市蜃楼”．在海面平静的日子，站在海滨，有时可 以看到远处的空中出现了高楼耸立、街道棋布、
山峦重叠等景象．
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(1) 气候条件：当大气比较平静且海面与上层空气 温差较大时，空气的密度随温度的升高而减小，
对光的折射率也随之减小．因海面上的空气湿度 比空中低，空气的下层比上层折射率大．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 13 － 2 － 1 所示．
图 13 － 2 － 1
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(2) 光路分析：远处的景物反射的光线射向空中 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，当光线的入射角大到等于临 界角时，就会发生全反射现象，光线就会从高 空的空气层通过空气的折射逐渐返回折射率较 大的下一层．
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(3) 虚像的形成：当光线进入人的眼睛时，人总认为 光是从反向延长线方向发射而来的，所以地面附近 的观察者就可以观察到虚像．且虚像成像在远处的 半空中，这就是海市蜃楼的影像．如图 13 － 2 － 2 所示．
图 13 － 2 － 2
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2 ．“沙漠蜃景”
(1) 气候条件：夏天在沙漠里也会看到蜃景，太阳 照到沙地上，接近沙面的热空气层比上层空气的密 度小，折射率也小．
(2) 光路分析：从远处物体射向地面的光线，进入 折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，
也可能发生全反射．
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(3) 虚像的形成：人们逆着反射光线看去，就会看 到远处物体的倒影 ( 图 13 － 2 － 3) ，仿佛是从 水面反射出来的一样．沙漠里的行人常被这种影 像所迷惑，以为前方有水源而奔向前去，但总是 可望而不可及．
图 13 － 2 － 3
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特别提醒： (1)“ 沙漠蜃景”和“海市蜃楼”虽然都 是由空中大气对光线的折射和全反射形成的，
但因空气折射率大小分布有所不同，使得光线 偏折情况有所不同． (2)“ 沙漠蜃景”是倒立的虚 像，而“海市蜃楼”是正立的虚像．
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即时应用 ( 即时突破，小试牛刀 )
2 ．下列现象中是由于全反射造成的是 ( ) A ．露珠在阳光下格外明亮
B ．直棒插入水中时，呈现弯折现象 C ．海市蜃楼
D ．在炎热夏天的柏油马路上，远处的路面显 得格外明亮
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解析：选 ACD. 露珠不是球形的，光线射入后 在另一面发生了全反射， A 对．直棒斜插入水 中时，呈现弯折现象属于光的折射，所以选项 A 、 B 错误．海市蜃楼属于全反射现象，所以 选项 C 正确． D 项中的情况与沙漠蜃景类似，
故 D 正确．
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课堂互动讲练
折射、全反射的判断
如图 13 － 2 － 4 所示，一束光由空气射到 透明介质的 A 点，入射角为 i ，则 ( )
图 13 － 2 － 4
例例 11
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A ．当 i 足够大时，在 A 点将发生全反射
B ．当 i 足够大时，光从球内向外射出时将发 生全反射
C ．无论 i 多大，在 A 点都不会发生全反射
D ．无论 i 多大，光从球内向外射出时，都不 会发生全反射
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【精讲精析】 光从光密介质射向光疏介质时才可 能发生全反射，因此光在 A 点由空气进入介质球时
，肯定不能发生全反射；光从介质球向外射出的入 射角 i′ 是随着 i 的增大而增大的，且 i′ 的增大只是逐 渐接近临界角，不可能大于临界角 . 原因如下：在 图 13 － 2 － 5 中，对于球上任意一点，球面法线一 定过
图 13 － 2 － 5
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【答案】 CD
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【题后反思】 不少同学误认为，只要入射角足够大
，就能发生全反射．由于受折射定律的限制，折射角 r 总是小于临界角 C ，即在 D 处不会发生全反射．
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变式训练 1 如图 13 － 2 － 6 所示， ABCD 是两面 平行的透明玻璃砖， AB 面和 CD 面平行，它们分别 是玻璃和空气的界面，设为界面Ⅰ和界面Ⅱ，光线从 界面Ⅰ射入玻璃砖，再从界面Ⅱ射出，回到空气中，
如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角，则 ( )
图 13 － 2 － 6
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A ．只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上可能发 生全反射现象
B ．只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上可能发 生全反射现象
C ．不管入射角多大，光线在界面Ⅰ上都不可能 发生全反射现象
D ．不管入射角多大，光线在界面Ⅱ上都不可能 发生全反射现象
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解析：选 CD. 在界面Ⅰ光由空气进入玻璃砖，是 由光疏介质进入光密介质，不管入射角多大，都 不能发生全反射现象，则选项 C 正确．
在界面Ⅱ光由玻璃进入空气，是由光密介质进入 光疏介质，但是，由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行，光 由界面Ⅰ进入玻璃后再达到界面Ⅱ，在界面Ⅱ上 的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角，因此入射角 总是小于临界角，因此也不会发生全反射现象，
选项 D 也正确．
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例例 22
有关临界问题的求解
在厚度为 d 、折射率为 n 的大玻璃板下表面
，有一个半径为 r 的圆形发光面，为了从玻璃板的 上方看不见这个圆形发光面，可在玻璃板的上表面 贴一块圆形纸片，问所贴纸片的最小半径应为多大
？
图 13 － 2 － 7
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【方法总结】 (1) 有关范围 ( 视场 ) 的问题要善 于寻找边界光线，直接利用边界光线分析即可，完 全没有必要研究普通光线．
(2) 在确定了边界光线后，要准确利用光的反射或 折射定律进行判断或计算．
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涉及全反射的光路问题
例例 33
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【答案】 见自主解答
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【方法总结】 求解这一类问题时必须画出正 确的光路图，并且特别注意光从光密介质向光 疏介质入射时，会不会存在全反射现象，以免 出错．
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