台灣高中物理教材 高三選修物理 光的全反射

1. 4-4 全反射

2. 臨界角的推演
光源
θ c
光疏介質
n2
光密介質
n1
全反射
⊙臨界角：
根據司乃耳定律：
n1sinθc＝n2sin90o
1
2
c
n
n
sin 
1
21
c
n
n
sin

⊙全反射的條件：
(1)光必須由光密介質進入光疏介質。
(2)入射角θi ＞臨界角θc。
θi
介質2
介質1
當折射線平行界面時，折射角等於90°，此
時之入射角稱為 臨界角

3. 3Jean-Daniel Colladon (1802-1893

4. 全反射的應用
光纖
透明絲管，與外圍介質的
相對折射率大於1，直徑
約1~2 m
光從一端射入，在管內經
連續多次的全反射，能量
幾乎無損失由另一端射出，
要運用於 光纖通訊 及
醫療 之光導管

6. 6

7. 光纖醫療用途

8. 全反射的應用-雙桶望遠鏡
8

9. 全反射的應用-鑽石
9

10. 全反射的應用
可解釋海市蜃樓、
夏天柏油路面的鏡
面現象。
10

11. 例7.基礎題-課本鳥例題
如圖所示為由折射率
2.0的透明物質所製直
角三稜鏡，其邊角之一
為θ，入射光的方向垂
直於斜邊，問：
(1)θ角在什麼範圍內，
入射光才會經由兩次全
反射而從斜邊射出？
(2)若整個稜鏡浸入折
射率為1.5的透明液體
中，則上一問題答案為
何
解析：
1. 入射角大於臨界角
2. 密介質進入疏介質

12. 12
解：
30o
    c第一次全反射 >
0
(90 )
90 30 60o o o
 
 
 
    
c第二次全反射 >
2
1
1
sin 30
2
o
c c
n
n
    
48.6o
    c第一次全反射 >
2
1
1.5
sin 48.6
2
o
c c
n
n
      需要查表
0
(90 )
90 48.6 41.4o o o

 
 
    
o
第二次全反射 >48.6 此種情形下，無法
產生兩次全反射

13. 例8 .
光纖構造中，n1
與 n2 分別為纖蕊
和包層物質的折
射率(n1>n2)，欲
使光線自空氣中
以入射角θ進入
纖蕊後，依靠全
反射傳遞，則
sinθ有何限制？
13

14. 14
解：
2 2
1 1
sin(90 ) sin cosc
n n
n n
       產生全反射
1
1S ' sin sin
1
nSin
nell s Law n
Sin

 

   
2 22
1
sin 1 cos sin 1 ( )
n
n
      
2 2 22
1 1 1 2
1
sin sin 1 ( ) sin
n
n n n n
n
        

15. 例題13.液面的光錐面積
折射率為 n 之液體，注入水槽內深 h，槽底
中央有一點光源，則液體表面能透光面積
多少?透出光線在液中所行之最大距離為何?
h
r
c
c
某液體
空氣

16. 16
解：
h
r
c
c
某液體
空氣
0 1
sin 1 sin90 sinc cn
n
     
2 2
1
tan
1 1
c
r h
r
hn n
    
 
2
1
sin
1
c
r nh
x n r
x n n
      

x
2
2
1
h
n

 

2
面積= r

17. 例題14.：半徑為r的半圓柱體，置
於空氣中。今有一光束
從此半圓柱體的平面部
份射入，如圖，射入點
距圓柱體對稱軸之距離
為
3
2
𝑟
若空氣折射率為1，半
圓柱體折射率為 2 ，
則從半圓柱體射出的光
線對原入射方向的偏向
角為何？
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


A
B
C
O

18. Thank for your attention
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