当较密材料中的光以大于临界角的入射角射到与较疏材料的界面时，就会发生全内反射（total internal reflection）。这时没有任何光折射出去，全部光都反射回内部。
它建立在折射与折射率的基础上，所以请先学那一课。它是光纤、反射棱镜和自行车反光片背后的原理，属于光与成像单元。
两个条件是什么，为什么缺一不可？
条件 1：光是从较密的材料射向较疏的材料，例如从玻璃到空气，或从水到空气。从空气进入玻璃的光向法线偏折，在该表面永远不会发生全反射，因为不存在进不去的角度。
条件 2：入射角大于临界角 c。小于 c 时，一部分光折射出去（同时也有少量反射）。
正好等于 c 时，折射光线沿着界面传播，与法线成 90°。大于 c 时，不可能存在折射光线，所以所有的光都被反射。
怎样求临界角？
在临界角（critical angle）时，较疏材料（空气）中的折射角为 90°。对从空气进入材料的光线使用 n = sin i ÷ sin r，材料中的临界角满足 sin c = 1 ÷ n，其中 n 是较密材料的折射率。
较密的材料折射率 n 越大，临界角越小，光就越容易被困住。
怎样一步一步解释全内反射？
- 说明方向：指出光在较密的材料中，朝着较疏的材料传播。
- 给出该材料的临界角，或用 sin c = 1 ÷ n 求出。
- 比较入射角与 c：如果入射角更大，就写出来。
- 写出结果：所有的光都被反射，反射角等于入射角。
- 作图：入射光线、法线、带箭头的反射光线，并标出 i。
例题
玻璃的折射率为 1.5。（虚构示例数据。）玻璃内的一束光以 45° 射到玻璃与空气的界面。
解释会发生什么。然后求另一束以 30° 射到同一界面的光线的路径。
第 1 步，临界角： sin c = 1 ÷ 1.5 = 0.6667。c = sin⁻¹(0.6667) = 41.8°。
第 2 步，比较，第一束光： 这束光在玻璃中朝着空气传播，方向是由较密到较疏。45° 大于 41.8°，所以两个条件都成立。
第 3 步，结论： 光线发生全内反射。它以 45° 的反射角反射回玻璃中。
第 4 步，第二束光： 30° 小于 41.8°，所以光线折射出去。用 sin r = n × sin i = 1.5 × sin 30° = 1.5 × 0.5 = 0.75，得 r = sin⁻¹(0.75) = 48.6°。
第 5 步，检查： 第二种情况中光线远离法线偏折（48.6° 大于 30°），这正是离开玻璃时应有的情况。临界角小于 45° 而大于 30°，所以第一束光被困住，第二束光逸出。
全内反射用在哪里？
在光纤中，光从一端进入，以大于临界角的角度射到光纤壁上，因此一次又一次沿着光纤反射，从侧面逸出的极少。光纤传输电话、互联网和有线电视信号，也用于内窥镜。
在简单的反射棱镜中，带两个 45° 角的直角玻璃棱镜，可以不用镜子就把光反射 90° 或 180°。光以 45° 射到内侧的面，大于 n = 1.5 时的 c = 41.8°。潜望镜就是这样让光在管中转向的。
要留意的错误
学生常说全内反射发生在“角度大的时候”，或者为进入玻璃的光画出全内反射。
错误答案： “空气中的光以 60° 射到玻璃上，大于临界角，所以发生全内反射。”
光是从较疏的材料射向较密的材料，条件 1 不成立。
纠正方法是按顺序说出两个条件。先问：光线在哪种材料里，它是不是朝着较疏的材料传播？
之后才比较角度与 c。也不要说光线“在临界角时反射”。在 c 时折射光线贴着表面传播，困住是从大于 c 才开始的。
自我检测
先试着做，再打开每个答案。
1. 求折射率为 1.6 的塑料的临界角。
显示答案
sin c = 1 ÷ 1.6 = 0.625。c = sin⁻¹(0.625) = 38.7°，所以 c ≈ 39°。
2. 在空气中传播的光，能在玻璃块表面发生全内反射吗？用一句话解释。
显示答案
不能。 全内反射要求光从较密的材料射向较疏的材料，而从空气到玻璃方向正好相反，所以光线总是折射进入玻璃。
3. 玻璃（c = 41.8°）中的一束光以 38° 射到玻璃与空气的界面。会发生全内反射吗？
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不会。 方向是对的，但 38° 小于临界角 41.8°，所以大部分光折射到空气中（只有一条微弱的反射光线）。
接下来学什么
现在转到透镜成的像，从画出简单的透镜成像开始。如果想看折射和反射如何在题目中结合，光与成像练习题里有混合题。
有些学生能背出两个条件，但当图中的光穿过两个界面时就会混淆。我们的老师在线上一对一物理补习中，会带着学生做这类图。