1第第 2 2 课时课时 全反射全反射研究选考把握考情考试要求 知识内容全反射 加试 b教学要求1.区分光疏介质和光密介质2.了解光的全反射现象，知道全反射现象产生的条件3.知道光导纤维和全反射棱镜，了解它们的应用4.会计算全反射临界角知识点一 全反射基 础 梳 理1.光疏介质和光密介质(1)折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质。(2)光疏介质与光密介质是相对的。2.全反射当光从光密介质射向光疏介质时，同时发生折射和反射，如果入射角逐渐增大，折射光离法线会越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强。当入射角增大到某一角度，使折射角达到 90时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫做全反射。3.临界角(1)定义：折射角为 90时的入射角叫做临界角。(2)临界角C与折射率n的关系：sin_C 。1 n4.发生全反射的条件当光从光密介质射入光疏介质时，如果入射角等于或大于临界角，就会发生全反射现象。要 点 精 讲1.对光疏介质和光密介质的理解(1)光疏介质和光密介质是相对而言的。(2)光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小。(3)光从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角；反之，光由光疏介质进入光密介质2时，折射角小于入射角。(4)光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不指它的密度大小。2.全反射(1)临界角：折射角为 90时的入射角称为全反射的临界角，用C表示，sin C 。1 n(2)全反射的条件：光由光密介质射向光疏介质；入射角大于或等于临界角。(3)全反射遵循的规律：发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律。【例题 】 某种介质对空气的折射率是，一束光从该介质射向空气，入射角是 60，则2下列光路图中正确的是(图中为空气，为介质)( )解析 由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由 sin C ，得C45160，1 n12故在两介质的界面上会发生全反射，只有反射光线，没有折射光线，故选项 D 正确。答案 D知识点二 全反射棱镜基 础 梳 理1.定义：用玻璃制成的截面为等腰直角三角形的棱镜。2.当光垂直于它的一个界面射入后，会在其内部发生全反射(如图 1)。全反射棱镜比平面镜的反射率高，几乎可达 100%。图 13即 学 即 练空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图 2所示。方框内有两个折射率n1.5 的玻璃全反射棱镜。下图给出了两棱镜的四种放置方式的示意图。其中能产生图中效果的是( )图 2解析 四个选项产生光路效果如下图：由上图可知 B 项正确。答案 B知识点三 光导纤维基 础 梳 理1.构造及传播原理：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套大，光由一端进入，在两层的界面上经过多次全反射，从另一端射出，如图3 所示。图 32.应用：光纤通讯、医学上的内窥镜。即 学 即 练如图 4 所示是两个城市间的光缆中的一条光导纤维，光缆长为L，它的玻璃芯的折射率为n1，外层材料的折射率为n2，光在空气中的传播速度为c，光由它的一端射入，经全反射4后从另一端射出(已知 sin n2/n1，其中为全反射的临界角)，则有( )图 4A.n1n2B.n1n2C.光从它的一端射入到从另一端射出所需要的时间等于L cD.光从它的一端射入到从另一端射出所需要的时间等于n1L n2c解析 根据全反射的条件可知：玻璃芯的折射率n1要大于外层材料的折射率n2，选项 A 正确，B 错误；据题意有 sin ，而 sin ，s为光在光导纤维中的路程。在玻璃芯n2 n1L s中传播时st，联立解得t，故选项 C、D 错误。c n1答案 A 1.光从介质a射向介质b，如果要在a、b介质的分界面上发生全反射，那么必须满足的条件是( )A.a是光密介质，b是光疏介质B.光在介质a中的速度必须大于在介质b中的速度C.光的入射角必须大于或等于临界角D.光的入射角必须小于临界角答案 AC2.如图 5 所示，相互平行的平面和为两种光介质的分界面，两平面外为介质 1，两平面间为介质 2，一单色光以一定的入射角入射到界面上，已知介质 1 和介质 2 对此光的折射率分别为n1和n2，则以下说法正确的有( )图 55A.若n1n2，此光线可能在界面上发生全反射B.若n1n2，此光线一定在界面上发生全反射C.若n1n2，此光线可能在界面上发生全反射D.若n1n2，此光线一定在界面上发生全反射解析 无论n1n2，还是n1n2，此光线若能射入介质 2，则在界面上的折射角一定和介质中的入射角相等，即不可能发生全反射，故 A、B 错误；若n1n2，此光线在界面是从光密介质射向光疏介质，有可能发生全反射，但不绝对，故 C 正确，D 错误。答案 C3.光在某种介质中的传播速度是 1.5108 m/s，光从该介质射向空气时( )A.临界角是 30B.大于或等于 30的所有角都是临界角C.入射角大于或等于 30时都能发生全反射D.临界角可能是 60解析 由n 2，sin C 知临界角C30，所以 A、C 正确。c v3 108 1.5 1081 n答案 AC4.如图 6 所示，是在高山湖泊边拍摄的一张风景照片，湖水清澈见底，近处湖面水下的景物(石块、砂砾等)都看得很清楚，而远处则只看到对岸山峰和天空彩虹的倒影，水面下的景物则根本看不到。下列说法中正确的是( )图 6A.远处山峰的倒影非常清晰，是因为山峰的光线在水面上发生了全反射B.光线由水射入空气，光的波速变大，波长变小C.远处水面下景物的光线射到水面处，入射角很大，可能发生了全反射，所以看不见D.近处水面下景物的光线射到水面处，入射角较小，反射光强而折射光弱，因此有较多的能量射出水面而进入人眼睛中解析 远处山峰的倒影非常清晰，是因为山峰的光线在水面上发生了反射，但不是全反射，因为全反射只有光从光密介质射入光疏介质时才可能发生，故 A 错误；光线由水射入空气，光的波速变大，频率不变，由波速公式vf知波长变大，故 B 错误；远处水面下景物的6光线射到水面处，入射角很大，当入射角大于等于全反射临界角时能发生全反射，光线不能射出水面，因而看不见，故 C 正确；近处水面下景物的光线射到水面处，入射角越小，反射光越弱而折射光越强，射出水面而进入人眼睛中能量越少，故 D 错误。答案 C 一、选择题(在每小题给出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。)1.下列说法正确的是( )A.因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质B.因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质C.同一束光，在光密介质中的传播速度较大D.同一束光，在光密介质中的传播速度较小解析 因为水的折射率为 1.33，酒精的折射率为 1.36，所以水对酒精来说是光疏介质；由v 可知，光在光密介质中的传播速度较小。c n答案 BD2.当光从光密介质射向光疏介质时( )A.反射光线的强度随入射角的增大而减小B.折射光线的强度随入射角的增大而减小C.当入射角等于临界角时，折射光线的强度等于零D.当入射角等于零时，反射光线的强度等于零解析 反射光的强度随入射角的增大而增大，折射光的强度随入射角的增大而减小，当入射角等于临界角时，从光密介质射向光疏介质中的光线恰好发生全反射，故折射光线的强度等于零。答案 BC3.以下哪些现象是由于光的全反射形成的( )A.在岸上能看见水中的鱼B.夜晚，湖面上映出了岸上的彩灯C.夏天，海面上出现的海市蜃楼D.水中的气泡看起来特别明亮答案 CD74.关于光纤的说法，正确的是( )A.光纤是由高级金属制成的，所以它比普通电线容量大B.光纤是非常细的特制玻璃丝，但导电性能特别好，所以它比普通电线衰减小C.光纤是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外套两层组成，光纤是利用全反射原理来实现光的传导的D.在实际应用中，光纤必须呈笔直状态，因为弯曲的光纤是不能传导光的解析 光导纤维的作用是传导光，它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝，且由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大。载有声音、图象及各种数字信号的激光传播时，在内芯和外套的界面上发生全反射，光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强等特点。在实际应用中，光纤是可以弯曲的。所以，选项 C 正确。答案 C5.下列选项为光线由空气进入全反射玻璃棱镜再由棱镜射入空气的光路图。其中可以发生的是( )解析 光垂直等腰直角三角形的某直角边射入玻璃棱镜时，在斜边发生全反射，故 A 正确。答案 A6.一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图中能正确描述其光路的是( )解析 光从空气进入玻璃在分界面上会发生折射，且折射角小于入射角，故 B、D 错误；光从玻璃进入空气折射角应大于入射角，所以 C 错误；若满足入射角大于临界角的情况，则会发生全反射，故 A 正确。答案 A87.潜水员在水深为h的地方向水面观望时，发现整个天空及远处地面的景物均呈现在水面处的圆形区域内，已知水的临界角为，则所观察到的圆形区域的半径为( )A.htan B.hsin C.h/tan D.h/sin 解析 如图所示，最远处的景物进入眼睛的光线几乎是紧贴水面，其入射角接近 90，折射角为。因此，人看到的景物呈现在人眼上方以O点为圆心、r为半径的水面区域内。由图可知rhtan 。答案 A8.如图 1 所示，一个透明玻璃球的折射率为，一束足够强的细光束在过球心的平面内，2以 45入射角由真空射入玻璃球后，在玻璃球与真空的交界面处发生多次反射和折射，从各个方向观察玻璃球，能看到从玻璃球内射出的光线的条数是( )图 1A.2 B.3 C.4 D.5解析 sin C ，1 n22C45；n，sin 45 sin 30。光路图如图所示，所以共 3 条光线射出玻璃球。答案 B9.如图 2 所示，ABCD是两面平行的透明玻璃砖，AB面和CD面是玻璃和空气的分界面，分别设为界面和界面。光线从界面射入玻璃砖，再从界面射出，回到空气中，如果改变光到达界面时的入射角，则( )9图 2A.只要入射角足够大，光线在界面上可能发生全反射现象B.只要入射角足够大，光线在界面上可能发生全反射现象C.不管入射角多大，光线在界面上都不可能发生全反射现象D.不管入射角多大，光线在界面上都不可能发生全反射现象解析 在界面光由空气进入玻璃砖，是由光疏介质进入光密介质，不管入射角多大，都不能发生全反射现象，则选项 C 正确；在界面光由玻璃进入空气，是由光密介质进入光疏介质，但是，由于界面和界面平行，光由界面进入玻璃后再到达界面，在界面上的入射角等于在界面上的折射角，入射角总是小于临界角，因此也不会发生全反射现象，选项 D 正确。答案 CD10.如图 3 所示，一个三棱镜的截面为等腰直角ABC，A为直角。此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能发生全反射。该棱镜材料的折射率为( )图 3A. B. 1 232C. D.2262解析 根据折射率定义有，n，刚好在AC面上发生全反射，则 sin ，sin i sin 1 n又i45，90，解得n。62答案 D二、非选择题11.如图 4 所示，一段横截面为正方形的玻璃棒，中间部分弯成四分之一圆弧状，一细束单色光由MN端面的中点垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射，然后垂直PQ端面射出。10图 4(1)求该玻璃棒的折射率；(2)若将入射光向N端平移，当第一次射到弧面EF上时_(填“能” 、 “不能”或“无法确定能否”)发生全反射。解析 (1)因为一细束单色光由MN端面中点垂直射入，所以到达弧面EF界面时入射角为 45