2、＊临界角的计算；3、全反射的应用。
【教学重点】全反射现象及其发生条件；【教学难点】全反射的应用。
【授课时数】3课时【教学过程】［预习导读］一、光疏介质与光密介质的定义:1)、光疏介质: .2)、光密介质: .二、全反射:1、全反射：当光从光密媒质进入光疏介质时,折射角大于入射角.当入射角增大到某一角度时,折射角等于900,此时,折射光完全消失入射光全部反回原来的介质中,这种现象叫做全反射.2、临界角:1)、定义:叫做临界角.用字母C表示.2)、临界角的计算: 当光由某种介质射入真空或空气时: .3、发生全反射的条件:1)、光从光密介质射向光疏介质;2)、入射角大于或等于临界角,即i≥C.以上两个条件必须同时满足,缺一不可.【知识要点】一、光疏介质与光密介质1、定义:1)、光疏介质:两种介质中折射率较小的介质叫做光疏介质.2)、光密介质:两种介质中折射率较大的介质叫做光密介质.因,对光疏介质,n较小,V较大. 对光密介质,n较大,V较小.故也可以说,对于两种介质,光在其中传播速度较大的是光疏介质,光在其中传播速度较小的是光密介质.反过来说,同一种光在光疏介质中传播速度较大,在光密介质中传播速度较小. 即：对光疏介质，n较小，光在其中传播的V较大；对光密介质，n较大，光在其中传播的V较小。
2、理解:1)、光疏介质光密介质是相对而言的.只有对给定的两种介质才能谈光疏介质与光密介质.没有绝对的光密介质.如：水、玻璃和金刚石三种介质比较，n水＝1.33 n玻璃＝1.5～1.9 n金刚石＝2.42。
对水而言，玻璃是光密介质；但对金刚石而言，玻璃则是光疏介质。
2)、光疏介质与光密介质的界定是以折射率为依据的,与介质的其它属性(如密度等)无关.例如：水和酒精，n水＝1.33＜n酒精＝1.36，酒精相对于水而言是光密介质，但ρ水＞ρ酒。
二、全反射:1、全反射：当光从光密媒质进入光疏介质时,折射角大于入射角.当入射角增大到某一角度时,折射角等于900,此时,折射光完全消失入射光全部反回原来的介质中,这种现象叫做全反射.2、临界角:1)、定义:光从光密介质射向光疏介质时,折射角等于900时的入射角,叫做临界角.用字母C 表示.临界角是指光由光密介质射向光疏介质时,发生全反射形象时的最小入射角,是发生全反射的临界状态.当光由光密介质射入光疏介质时:若入射角i<C,则不发生全反射,既有反射又有折射形象.若入射角i≥C,则发生全反射形象.2)、临界角的计算:A、当光由某种介质射入真空或空气时:B 、※任意两种媒质:n 密、n 疏: :n 密对疏=,故临界角C=arcsin().其中, :n 密、n 疏分别为光密介质和光疏介质的绝对折射率.3、发生全反射的条件:1)、光从光密介质射向光疏介质;2)、入射角大于或等于临界角,即i ≥C.以上两个条件必须同时满足,缺一不可.三、全反射的实例及应用:1、光导纤维—光纤通讯：一种利用光的全反射原理制成的能传导光的玻璃丝,由内芯和外套组成,直径只有几微米到100微米左右,内芯的折射率大于外套的折射率.当光线射到光导纤维的端面上时,光线就折射进入光导纤维内,经内芯与外套的界面发生多次全反射后从光导纤维的另一端面射出,而不从外套散逸,故光能损耗极小.如果把光导纤维聚集成束使其两端纤维排列的相对位置相同,这样的纤维束就可以传送图像,如图所示.利用光导纤维可以弯曲传光,传像,可制作各种潜望镜,医用内窥镜等.如图所示，一透明塑料棒的折射率为n,光线由棒的一端面射入，当入射角i 在一定范围内变化时，光将全部从另一端面射出。
当入射角为i 时，光在棒的内侧面恰好发生全反射。
由图可知，光在左端面折射时的折射角r=.由折射定律得：。
故有：C n C n i 2sin 1cos sin -==，11sin 212-=-=n n i n 。
所以只要，光将全部从右端面射出。
2、蜃景的成因和规律：夏天，在气压恒定的海面上，空气密度随高度增加而减小，对光的折射率也随之减小 从而形成一具有折射率梯度的空气层。
当光线通过此空气层时，将发生偏转。
如图4所示，设一束从远处景物A 发出的光线a 以入射角I 由折射率为n 处射入空气层。
由折射定律有：nsini=n 1sinr 1......(1) n 1sinr 1=n 2sinr 2. (2)联立（1）、（2）式可得： nsini=n 2sinr 2 依此类推：nsini=n c sinc, sinc=sini.可见，当n i 一定时，从下层空气进入上层空气的入射角不断增大，当增大到由某两层空气的折射率决定的临界角时，就会全反射。
人在C 处逆着C 光线看，可看到经全反射形成的倒立虚像；在B 处逆着b 光线看，也可看到经折射形成的正立虚像。
总之。
若人在较高处，看到的蜃景是由折射形成的正立虚像；若人在较低处，看到的蜃景是由折射和全反射形成的倒立虚像。
【知识要点】再如图3所示，一个横截面为矩形、折射率为n=1.5的玻璃条被弯成900，一束平行光由A 端面射入。
若矩形边长为d ，则只要曲率半径R ≥2d ，光均能从B 端射出。
由图可知，只要a 光线能发生全反射，则所有从A 端入射的光均能发生全反射：sini=sinc==. 图 3解得：R2d.可见，光纤通迅中，只要光导纤维弯曲满足R ，则光导纤维可以足够细，楞弯成半圆及圆。
【学法指导】【疑难辩析】【典型例析】【例1】一束光从空气射向折射率为n=的某种玻璃的表面，如图所示，i 代表入射角，则（ BCD ）A. 当i ＞45°时，会发生全反射现象B. 无论入射角i 多大，折射角都不会超过45°C. 欲使折射角等于30°，应以i =45°的角度入射D.当i =arctg 时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直【例2】一束平行光线在3种介质界面上的反射、折射情况如图所示，若光在Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ种介质中传播速度分别为v 1，v 2，v 3，则：（ ） A.v 1＞v 3＞v 2；B. 光以β的入射角从介质Ⅰ射到介质Ⅰ和介质Ⅱ的分界面上，则一定能在Ⅱ、Ⅲ的界面上发生全反射.C. 光以α的入射角从介质Ⅲ 射到介质Ⅲ 和介质Ⅱ的分界面 上，则可能在介质Ⅱ和介质Ⅰ的界面上发生全反射.D. 光以β的入射角从介质Ⅲ射到介质Ⅲ 和介质Ⅱ的分界面上，则一定在介质Ⅱ和介质Ⅰ的界面上发生全反射.【例3】如图所示，AB 为一块透明的光学材料左侧的端面。
建立直角坐标系如图，设该光学材料的折射率沿y 轴正方向均匀减小。
现有一束单色光a 从原点O 以某一入射角θ由空气射入该材料内部，则该光线在该材料内部可能的光路是下图中的哪一个（ ）【例4】如图所示是一根长为L 的医用光导纤维的示意图，该光导纤维所用的材料的折射率为n 。
一细束单色光从左端面上的某点射入，经光导纤维内部侧面的多次全反射从右端射出。
由于此单色光的入射角是可调的，所以光束通过该光导纤维所用的时间各不相同。
真空中的光速为C ，那么：（1）要使此单色光总能在光导纤维内部侧面发生全反射，材料的折射率n 应满足什么条件？（2）该光束通过这条光导纤维所用的最短时间和最长时间分别是多少？x x x A B C D【例4】．（1）在A 点有 即sin α=nsin(900－γ)，当α增大时γ减小，但应有γ≧临界角C ，sinC=，当α→90时，γ→C ，所以有sin900=ncos(arccos) (到此步得3分)；解此方程得sin=cos 得n=，所以材料的折射率n 应≧（到此结果得3分）（2）当α=0时时间最短为t=(2分)；当光从左端射入时的折射角β最大时，时间最长，此时路程s=L/cos β，当入射角α→900时β最大，由折射定律有sin β=，（到此步得2分）；又光在光导纤维中的传播速度为v=，故最长时间为t ′=1sin 1222-=-=n C L n C nL C s β（3分） 【例5】．现在很多高速公路上的标志牌都用“回归反光膜”制成．夜间行车时，它能把车灯射出的光逆向返回，所以标志牌上的字特别醒目．这种“回归反光膜”是用球体反射元件制作的．反光膜内部均匀分布着直径为10μm 的细玻璃珠．设所用玻璃的折射率为 n=，为使人射的车灯光线经玻璃珠折射一反射一再折射后恰好和人射光线平行射出玻璃珠，第一次人射时的人射角应是多大？【例6】．如图所示，AOB 是由某种透明物质制成的圆柱体横截 面（O 为圆心）折射率为。
今有一束平行光以45°的入射角射向柱体的OA 平面，这些光线中有一部分不能从柱体的AB 面上射出，设凡射到OB 面的光线全部被吸收，也不考虑OA 面的反射，求圆柱AB 面上能射出光线的部分占AB 表面的几分之几？【例6】．从O 点射入的光线，折射角为r ，根据折射定律有：①解得r =30° ②从某位置P 点入射的光线，折射到AB 弧面上Q 点时，入射角恰等于临界角C ，有： ③代入数据得：C =45° ④△PQO 中∠=180°－90°－r =15°所以能射出的光线区域对应的圆心角⑥能射出光线的部分占AB 面的比例为⑦【例7】某种液体的折射率为,在其液面下有一可绕水平轴O 匀速转动的平面镜OA,OA 的初始位置与液面平行,如图所示.在液面与平面镜间充满自左向右的平行光线.若在平面镜逆时针旋转一周的过程中,光线射入空气中的时间为2s .试问:⑴平面镜由初始位置转过多大角度时,光线开始进入空气? ⑵平面镜旋转的角速度多大?【例7】解:⑴设临界角为C,则sinC= (2分)故 C=45° (2分)由此可知当平面镜转过α1=22.5°时光线开始进入空气.(1分)⑵当平面镜转过67.5°时,光线又发生全反射,不能进入空气,所以平面镜转过22.5°～67.5°间光线能进入空气. (3分)O A平面镜转动的角速度ω=rad/s (2分)【例8】．如图所示的圆柱形容器中盛满折射率n=2的某种透明液体，容器底部安装一块平面镜，容器直径L=2H ，在圆心正上方h 高度处有一点光源S ，要使S 发出光从液体上方观察照亮整个液体表面，h 应该满足什么条件？【例8】点光源s 通过平面镜所成像为s /如图，反射光线能照亮全部液面，入射角i ≤i 0, i 0为全反射临界角sin i 0=1/n=1/2 i 0=300 tani=(L/2)/(H+h) ≤tani 0 L=2H 得到： 正确结果是 【基础训练】 1、光在光密介质和光疏介质中，传播的速度是：（ ）A ．在光密介质中大B ．在光密介质中小C. 在光疏介质中大D. 在光疏介质中小2、关于全反射下列说法正确的是:（ ）A. 发生全反射时有折射光线,只是折射光很弱B. 光从光密介质射入光疏介质一定能发生全反射C. 光从光密介质射入光疏介质可能不发生全反射D. 光从光疏介质射入光密介质可能发生全反射3、某种玻璃的临界角为420,有一条光线从玻璃射向空气,若入射角略小于临界角,则光线在空气中的折射角应为:（ ）A. 小于420B. 小于600C. 小于900D. 无折射光线4、光线从玻璃射向空气时,临界角为а,则该玻璃的折射率为________,光线在玻璃中的传播速度是___________5、如图甲是反射光线,乙是折射光线,折射角大于入射角，当入射角增大θ时,仍有折射光线,下列说法正确的是:A. 折射角增大θB. 折射角增大量小于θC. 折射角增大量大于θD. 无法确定6. 折射率为n 的水面下H 处有一点光源发出的光部分射到空中,由于全反射,空中的光线来自水面某一圆形区域,则该区域的半径为__________7、若光在某种介质中的传播速度为1.5×108m/s ，则该介质的临界角为：A ．150 B. 300 C. 450 D. 6008、光导纤维是由内芯和外套两层组成,下列说法正确的是:A. 内芯的折射率大些B. 内芯的折射率小些C. 光导纤维束能传播图象D. 光导纤维束不能传播声音信号9.下列现象中，由于全反射造成的是（ ）A.露水珠在阳光照射下格外明亮B.用光导纤维传输光信号C.能在各个方向看到黑板上的字D.在盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管，看到试管特别明亮h10．夏天，海面上的下层空气的温度比上层低，我们设想海面上的空气是由折射率不同的许多水平气层组成的，远处的景物发出的或反射的光线由于不断折射，越来越偏离原来的方向，人们逆着光线看去就出现了蜃楼，如图所示，下列说法中正确的是（ ）．A ．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要小B ．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要大C ．A 是蜃楼，B 是景物D ．B 是蜃楼，A 是景物11、海市蜃楼中,人们看到的蜃景是______立的象,大热天在沙漠里看到的蜃景是______立的象.12、 如图光线垂直AB 面射入,在AC 面恰好发生全反射,则该棱镜的折射率为_____13、半径为R 的半圆柱形玻璃砖的折射率为2，如图o 为圆心，光线甲沿半径ao 方向射入，恰好在o 点发生全反射；另一条平行甲的光线乙从最高点射入玻璃砖，折射到MN 上的D 点。