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高一~高中二年级 (15-17岁)

高中物理 全反射与光通信

光从折射率大的光密介质射入折射率小的光疏介质时，会向远离法线的方向偏折。 入射角增大时，折射角先达到 90°，这时的入射角就是临界角 θc，可由 sinθc = n₂/n₁ 求出。 入射角大于临界角时，光无法穿过界面而全部反射，这就是全反射，也是光纤把光送到远处的原理。 图中的光从折射率为 2 的介质射向折射率为 1 的介质，临界角是 30°，入射角超过 30° 后折射光就消失了。

入射角大时光出不去

20°
👀 读图
①橙色是入射光，绿色是向上射出的折射光，红色是返回下方的反射光
②光从光密介质射入光疏介质，所以折射角 θ' 大于入射角 θ
③入射角小于临界角时也有一部分光被反射，超过 30° 后折射光消失，光全部被反射

折射定律与临界角

折射定律（斯涅尔定律）
n1 sinθ1 = n2 sinθ2
折射率与角的正弦值的乘积，在界面两侧相等
临界角
sinθc = n2n1 (n1 > n2)
使折射角等于 90° 的入射角；入射角大于它时发生全反射

全反射的条件与光通信

🔦 两个条件缺一不可
①光要从光密介质射入光疏介质（n₁ > n₂）
②入射角要大于临界角
③光纤由折射率大的纤芯和包在外面、折射率小的包层构成，光在纤芯内不断发生全反射，传到很远的地方

例题

例题 1
光从折射率为 2 的介质射向空气（折射率 1），求临界角。
1
把 n₁ = 2、n₂ = 1 代入 sinθc = n₂/n₁。
sinθc = 12
2
找出正弦值为 1/2 的角。
θc = 30°
▸ 30°
分子是光疏介质的折射率 n₂，分母是光密介质的折射率 n₁。若颠倒，sinθc 就成了 2，求不出角。
例题 2
光从折射率为 √2 的介质射向空气，求临界角。
1
空气的折射率是 1，所以 sinθc = 1/√2。
2
找出正弦值为 1/√2 的角。
θc = 45°
▸ 45°
折射率从 2 减小到 √2，临界角从 30° 增大到 45°。两种介质的折射率相差越小，越难发生全反射。

总结

核心结论
sinθc = n2n1, 入射角 > θc ⇒ 全反射
光从光密介质射入光疏介质时，入射角超过临界角就会全部反射；光纤中的光也是这样被限制在纤芯里传播的
2021 韩国高考科学探究（物理Ⅰ）类题改编
光从某介质射向空气，临界角为 30°，该介质的折射率为？
①1.5
②√2
③√3
④2
⑤2.5
▸ ④ 2
1
光射向空气，所以 sinθc = 1/n，n = 1/sinθc。
n = 1sin30° = 11/2
2
代入 sin 30° = 1/2 计算。
n = 2
🎯 考试要点
①斯涅尔定律 n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂
②临界角 sinθc = n₂/n₁（n₁ > n₂）
③发生全反射需要两个条件：光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于临界角
④外侧介质相同时，内侧介质的折射率越大，临界角越小
⑤光纤由折射率大的纤芯和折射率小的包层构成，靠全反射传光
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