2024年高中物理新教材（人教版2019）同步精品讲义 选择性必修第一册 第4章 2　全反射 含解析

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2　全反射
[学习目标]　1.知道光疏介质和光密介质，理解它们的相对性。2.知道光的全反射，会利用
全反射解释有关现象(重点)。3.理解临界角的概念，能判断是否发生全反射并能画出相应的
光路图(重难点)。4.了解全反射棱镜和光导纤维。
一、全反射
1．光疏介质和光密介质
(1)光疏介质：折射率较小(填“大”或“小”)的介质。
(2)光密介质：折射率较大(填“大”或“小”)的介质。
(3)光疏介质与光密介质是相对(填“相对”或“绝对”)的。
2．全反射现象
(1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射。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，只剩下反射光的现象。
(2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于 90°时的入射角．光从介质射入空气 ( 真空 ) 时，
发生全反射的临界角 C与介质的折射率 n的关系是 sin C＝。
(3)全反射发生的条件
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。
“因为玻璃密度较大，所以一定是光密介质”，这种说法对吗？
答案　不对，光密介质和光疏介质具有相对性，如玻璃相对于水是光密介质，而相对于金刚
石则是光疏介质。折射率与介质的密度没有必然联系，折射率是反映介质光学性质的物理量。
1．光疏介质和光密介质
(1)光疏介质和光密介质的比较
光的传播速度 折射率
光疏介质 大 小
光密介质 小 大
(2)相对性：光疏介质、光密介质是相对的。任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传
播速度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介质或光密介质。
(3)光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的密度大小。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．全反射中的能量问题
当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大。同时折射光线强度减弱，
即折射光的能量减小，反射光强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光强度减
弱到零，反射光的能量等于入射光的能量。
(1)全反射是反射光线与折射光线重合的一种现象。(　×　)
(2)光线从光疏介质射向光密介质时，也可能发生全反射。(　×　)
例1　一束光以 45°的入射角从 AB 面射入如图所示的透明三棱镜中，棱镜折射率 n＝。试求
光在 AB 面的折射角，并在图中画出该光束在棱镜中的光路图。
答案　30°　见解析图
解析　设光由 AB 面上的 O点射入，由折射定律得，
sin r＝＝＝，所以折射角 r＝30°。
设光线射到 AE 面上的 D点，由几何关系得 OD∥BE，
由几何知识可知光线在 AE 面上的入射角为 θ＝45°。
又sin C＝＝＝，所以 C＝45°。
因为 θ＝45°，故光线在 AE 面上发生全反射，由几何知识可知，光线将垂直于 BE 面射出，
其光路图如图所示。
例2　为了表演“隐形的大头针”节目，某同学在半径为 r的圆形薄软木片中心垂直插入一
枚大头针，并将其放入盛有水的碗中，如图所示。已知水的折射率为，为了保证表演成功
(在水面上看不到大头针)，大头针末端离水面的最大距离 h为(　　)
A.r B.r C.r D.r
答案　A
解析　只要从大头针末端反射的光线射到圆形薄软木片边缘界面处能够发生全反射，从水面
上就看不到大头针，如图所示，根据图中几何关系有 sin C＝＝＝，所以 h＝r，选项 A对。
二、全反射棱镜
自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理。它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来
的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车。
尾灯的原理如图所示，你知道汽车灯光是从尾灯的哪面射过来的，又是在哪面发生的全反射
吗？
答案　如图所示，光线应该从右边入射，在左边两个直角边上连续发生两次全反射，利用全
反射棱镜的原理使入射光线偏折 180°。
1．全反射棱镜的形状：截面为等腰直角三角形的棱镜。
2．全反射棱镜的特点：当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生 全反射，与平
面镜相比，它的反射率很高，几乎可达 100%，常用来代替平面镜来改变光的方向。
3．全反射棱镜的应用：双筒望远镜、自行车尾灯、潜望镜等。
全反射棱镜改变光路的几种情况
入射方式
项目　 方式一方式二方式三
光路图
入射面 AB AC AB
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