第4章 第3節(jié) 光的全反射現(xiàn)象

1、.第三節(jié)光的全反射現(xiàn)象13分光從空氣射入水中，當(dāng)入射角變化時，那么A反射角和折射角都發(fā)生變化B反射角和折射角都不變C反射角發(fā)生變化，折射角不變D折射角變化，反射角始終不變【解析】根據(jù)反射定律和折射定律判斷A對【答案】A23分關(guān)于光的折射以下說法錯誤的選項是A折射光線一定在法線和入射光線所確定的平面內(nèi)B入射線和法線與折射線不一定在一個平面內(nèi)C入射角總大于折射角D光線從空氣斜射入玻璃時，入射角大于折射角【解析】根據(jù)折射定律，入射光線、折射光線和法線一定在同一平面內(nèi)B錯入射角不一定總大于折射角C錯【答案】BC34分一小球掉入一水池中，小球所受重力恰與其所受阻力和浮力的合力相等，使小球勻速下落，假設(shè)從

2、水面到池底深h1.5 m，小球3 s到達(dá)水底，那么，在下落處正上方觀察時A小球的位移等于1.5 mB小球的位移小于1.5 mC小球的運動速度小于0.5 m/sD小球的運動速度仍等于0.5 m/s【解析】由于沿豎直方向看水中物體時，“視深是實際深度的倍，所以在上面的人看來，物體向下運動的位移h，由于n>1，所以h<h1.5 m，B項正確，在上面的人看來，小球的運動速度v<0.5 m/s，C項正確【答案】BC課 標(biāo) 導(dǎo) 思1知道光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)、全反射、臨界角的概念2理解全反射的條件，能計算有關(guān)問題和解釋相關(guān)現(xiàn)象3理解光導(dǎo)纖維的工作原理和光導(dǎo)纖維在消費、生活中的應(yīng)用. 學(xué)生P4

3、7一、光的全反射1全反射和臨界角1全反射：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，逐漸增大入射角，會看到折射光線離法線越來越遠(yuǎn)且越來越弱，反射光線會越來越強當(dāng)入射角增大到某一角度，折射光線完全消失，只剩下反射光線，這種現(xiàn)象叫做光的全反射2臨界角：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，剛好發(fā)生全反射，即折射角等于90°時的入射角2全反射的條件1光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)2入射角大于或等于臨界角二、光導(dǎo)纖維的構(gòu)造與應(yīng)用1構(gòu)造光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲，直徑從幾微米到一百微米之間，由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大，光在光纖內(nèi)傳播時，在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射2應(yīng)用1光纖通信：光信號能攜帶數(shù)碼信息、

4、電視圖像和聲音等，其主要優(yōu)點是容量大、衰減小、抗干擾性強2醫(yī)學(xué)：用光導(dǎo)纖維制成內(nèi)窺鏡，用來檢查人體的胃、腸、氣管等內(nèi)臟 學(xué)生P47一、對全反射現(xiàn)象的理解1光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)1光疏介質(zhì)：折射率較小的介質(zhì)即傳播速度大的介質(zhì)叫光疏介質(zhì)2光密介質(zhì)：折射率較大的介質(zhì)即傳播速度小的介質(zhì)叫光密介質(zhì)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是相對而言的2全反射光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，當(dāng)入射角增大到某一角度，光線全部被反射回原光密介質(zhì)的現(xiàn)象3臨界角光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，折射角等于90°時的入射角，用C表示4產(chǎn)生全反射的條件1光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)2入射角等于或大于臨界角5光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，從能量角度分

5、析，在入射角逐漸增大的過程中，反射光的能量逐漸增強，折射光的能量逐漸減弱，一旦入射角等于臨界角，折射光線的能量實際上已減小為零，此時剛好發(fā)生全反射6當(dāng)光從介質(zhì)射入空氣或真空時，sin C.7介質(zhì)的折射率越大，發(fā)生全反射的臨界角就越小，越容易發(fā)生全反射二、光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用1光導(dǎo)纖維的工作原理1光導(dǎo)纖維簡稱光纖，是把石英玻璃拉成直徑為幾微米到幾十微米的細(xì)絲，然后再包上折射率比它小的材料制成的2光導(dǎo)纖維之所以能傳輸信息，就是利用了光的全反射現(xiàn)象圖431如圖431所示，它是由內(nèi)芯和外套兩層組成的，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率，光由一端進(jìn)入，在兩層的界面上經(jīng)屢次全反射，從另一端射出光導(dǎo)纖維可以遠(yuǎn)間隔 傳

6、播光，光信號又可以轉(zhuǎn)換成電信號，進(jìn)而變?yōu)槁曇?、圖像假如把許多上萬根光導(dǎo)纖維合成一束，并使兩端的纖維按嚴(yán)格一樣的次序排列，就可以傳輸圖像2光導(dǎo)纖維的應(yīng)用1光纖通信原理：光纖通信是利用全反射的原理光纖通信的過程：先將聲音信號轉(zhuǎn)化為光信號，利用光纖傳輸光信號，最后把光信號輸出，到接收端再將光信號復(fù)原為聲音信號2光纖通信的優(yōu)點：光導(dǎo)纖維具有質(zhì)地輕、彎曲自如、傳光效率高、抗機械振動、耐腐蝕性好、能量損耗小、抗干擾才能強、保密性好等優(yōu)點，光纖通信還有一個最大優(yōu)點就是通信容量極大光導(dǎo)纖維還可以用來制作光導(dǎo)潛望鏡、醫(yī)用光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡等一、全反射的臨界條件分析半徑為R的半圓柱形玻璃，橫截面如圖432所示，O為圓

7、心，玻璃的折射率為，一束光以與MN平面成45°角的方向射向半圓柱形玻璃，求能從MN射出的光束的寬度為多少？圖432【導(dǎo)析】畫出光路圖，并確定出發(fā)生全反射的臨界光線【解析】如圖432所示，進(jìn)入玻璃中的光線垂直半球面，沿半徑方向直達(dá)球心位置O，且入射角等于臨界角，Carcsin45°，恰好在O點發(fā)生全反射光線左側(cè)的光線如：光線經(jīng)球面折射后，射在MN上發(fā)生全反射，不能射出光線右側(cè)的光線經(jīng)半球面折射后，射到MN面上的入射角均小于臨界角，能從MN面上射出最右邊射向半球的光線與球面相切，入射角i90°，由折射定律知：sin ，那么45°.故光線將垂直MN射出所以在M

8、N面上射出的光束寬度應(yīng)是OERsin R.【答案】R解決這類全反射問題一般分三步，首先弄清楚是否滿足發(fā)生全反射的條件，光線在哪個界面發(fā)生全反射；其次是根據(jù)臨界條件畫出光路圖，除找出剛好發(fā)生全反射的光線外，有時還要找出特殊光線如此題中的光線；最后利用光學(xué)知識和幾何知識進(jìn)展推理和計算. 1在厚度為d、折射率為n的大玻璃板下外表，有一個半徑為r的圓形發(fā)光面為了從玻璃板的上方看不見這個圓形發(fā)光面，可在玻璃板的上外表貼一塊圓形紙片，問所貼紙片的最小半徑應(yīng)為多大？【解析】根據(jù)題述，光路如下圖，圖中S點為圓形發(fā)光面邊緣上一點由該點發(fā)出的光線能射出玻璃板的范圍由臨界光線SA確定，當(dāng)入射角大于臨界角C時，光線就

9、不能射出玻璃板了圖中rdtan Cd，而sin C，那么cos C，所以r.故應(yīng)貼圓紙片的最小半徑Rrrr.【答案】r二、光的全反射的應(yīng)用如圖433所示，一根長為L的直光導(dǎo)纖維，它的折射率為n.光從它的一個端面射入，又從另一個端面射出所需的最長時間為多少？設(shè)光在真空中的光速為c圖433【導(dǎo)析】由題中的條件可知，要使光線從光導(dǎo)纖維的一端射入，然后從它的另一端全部射出，必須使光線在光導(dǎo)纖維中發(fā)生全反射現(xiàn)象要使光線在光導(dǎo)纖維中經(jīng)歷的時間最長，就必須使光線的途徑最長，即光對光導(dǎo)纖維的入射角最小根據(jù)全反射條件：iC可知入射角等于臨界角時，光線的途徑最長，所需時間也最長【解析】光導(dǎo)纖維的臨界角為Carcs

10、in，光在光導(dǎo)纖維中傳播的路程為dnL，光在光導(dǎo)纖維中傳播的速度為v，所需最長時間為tmax.【答案】光導(dǎo)纖維是全反射現(xiàn)象的應(yīng)用，其構(gòu)造由內(nèi)芯和外套組成，內(nèi)芯的折射率大于外套，與此題相似的一類求極值的問題，極值存在的條件均與全反射的臨界角有關(guān). 2光纖通信是一種現(xiàn)代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高質(zhì)量的通信效勞目前，我國正在大力建立高質(zhì)量的寬帶光纖通信網(wǎng)絡(luò)以下說法正確的選項是A光纖通信利用光作為載體來傳遞信息B光導(dǎo)纖維傳遞光信號是利用光的衍射原理C光導(dǎo)纖維傳遞光信號是利用光的色散原理D目前廣泛應(yīng)用的光導(dǎo)纖維是一種非常細(xì)的特制玻璃絲【解析】光纖是利用光的全反射現(xiàn)象而實現(xiàn)光作為載體的信息傳遞

11、，光纖是內(nèi)芯折射率大于外層表皮折射率的很細(xì)的玻璃絲【答案】AD1關(guān)于光纖的說法，正確的選項是A光纖是由高級金屬制成的，所以它比普通電線容量大B光纖是非常細(xì)的特制玻璃絲，但導(dǎo)電性能特別好，所以它比普通電線衰減小C光纖是非常細(xì)的特制玻璃絲，由內(nèi)芯和外套兩層組成，光纖是利用全反射原理來實現(xiàn)光的傳導(dǎo)的D在實際應(yīng)用中，光纖必須呈筆直狀態(tài)，因為彎曲的光纖是不能傳導(dǎo)光的【解析】此題考察光導(dǎo)纖維的構(gòu)成及應(yīng)用光導(dǎo)纖維的作用是傳導(dǎo)光，它是直徑為幾微米到一百微米之間的特制玻璃絲，且由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大載有聲音、圖像及各種數(shù)字信號的激光傳播時，在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射，光纖具有容量大、衰

12、減小、抗干擾性強等特點在實際應(yīng)用中，光纖是可以彎曲的所以，答案是C.【答案】C2關(guān)于全反射，以下說法中正確的選項是A發(fā)生全反射時，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認(rèn)為不存在折射光線而只有反射光線B光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，一定會發(fā)生全反射現(xiàn)象C光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時，不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D水或玻璃中的氣泡看起來特別亮，就是因為光從水或玻璃射向氣泡時，在界面發(fā)生全反射【解析】全反射發(fā)生的條件是光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于或等于臨界角，發(fā)生全反射時全部光線均不進(jìn)入光疏介質(zhì)【答案】CD3一束光從空氣射向折射率為n的某種玻璃的外表，i代表入射角，那么A當(dāng)i>45°時，會發(fā)生全反射現(xiàn)象B無論入射角i是多大，折射角都不會超過45°C欲使折射角30°，應(yīng)以i45°的角度入射D當(dāng)入射角iarctan時，反射光線跟入射光線恰好互相垂直【解析】光從空氣射入玻璃時，不會發(fā)生全反射，A項錯。由折射定律可知，B、C選項正確。當(dāng)入射角為arctan時，反射光線跟入射光線的夾角為2arctan，D項錯【答案】BC4如圖，半圓形玻璃磚置于光屏PQ的左下方一束白光沿半徑方向從A點射入玻璃磚，在O點發(fā)生反射和折射，折射光在光屏上呈現(xiàn)七色光帶假設(shè)入射點由A和B緩慢挪動，并保持白光沿半徑方向入射