高考【物理】全反射專題解析,速度收藏!

2021-02-19 101網校

光疏介質

折射率較小的介質為光疏介質。

光密介質

相對於折射率較小的介質,折射率較大的介質為光密介質。  

全反射

當光從光密介質射入光疏介質時,同時發生折射和反射。如果入射角逐漸增大,折射角離法線會越來越遠,而且越來越弱。反射光線卻越來越強。當入射角增大到某一角度,使折射角達到90°時,折射光完全消失,只剩下發射光,這種現象叫做全反射。這時的入射角叫做臨界角。

條件

①光從光密介質射入光疏介質。

②入射角大於或等於臨界角。

臨界角

折射角等於90°時的入射角,若光從光密介質(折射率為n)射向真空或空氣時,發生全發射的臨界角為C,則sinC=1/n。介質的折射率越大,發生全發射的臨界角越小。

應用

(1)全反射稜鏡

(2)光導纖維

1. 某三稜鏡的橫截面是直角三角形,折射率為n,如圖1所示,∠A=90°,∠B=30°,∠C=60°,底面BC塗黑,入射光沿平行於底面BC的方向射向AB面,經AB面和AC面折射後射出。

(1)求射出光線對入射光線的偏向角

(2)為使上述入射光線能從AC面射出,折射率n的最大值為多少?

解析:

(1)因入射光平行BC,故入射角i=60°。

設折射角為α,由折射定律得:

設光線射至AC面上的入射角為β,折射角為r,如圖2所示。

圖2

由幾何關係可知,

因此,

對AC面上的入射線和折射線,由折射定律得:

所以AC面上的射出光線與AB面上的入射光線的夾角

(2)為使光線能從AC面射出,在AC面上的折射角應滿足,即

解得:

因此該稜鏡材料折射率的最大值為

2. 一根折射率為n的光導纖維,當光線的入射角小於某一個值i入射在光導纖維的端面上時(如圖3),光才可能通過光導纖維從另一端射出,求證:

圖3

光在光導纖維內部是通過多次的全反射傳遞的。設入射角為i的光經端面折射後的折射角為r,射至介質與空氣的側面時,若其入射角恰等於臨界角C(如圖),則折射角正好等於90°,折射線將沿著界面,也就是該光線能通過光導纖維傳遞出去。由此有

因為,所以

當入射角小於i時,經端面折射入光導纖維時的折射角r減小,射至側面時的入射角將大於臨界角C,更滿足全反射條件。因此,只要在入射角小於i的空間錐體內的光,都可以通過光導纖維從一端傳到另一端去,故光能通過光導纖維從另一端射出的條件是

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