4.2全反射（原卷版）

4.2全反射基礎(chǔ)知識(shí)梳理基礎(chǔ)知識(shí)梳理一、全反射1.光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)(1)光疏介質(zhì)：折射率的介質(zhì).(2)光密介質(zhì)：折射率的介質(zhì).(3)光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)是的.2.全反射現(xiàn)象(1)全反射：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，同時(shí)發(fā)生折射和反射.若入射角到某一角度，光線完全消失，只剩下光線的現(xiàn)象.(2)臨界角：剛好發(fā)生，即折射角等于90°時(shí)的.用字母C表示，光從介質(zhì)射入空氣(真空)時(shí)，發(fā)生全反射的臨界角C與介質(zhì)的折射率n的關(guān)系是sinC＝.(3)全反射發(fā)生的條件①光從介質(zhì)射入介質(zhì).②入射角等于或大于.二、全反射棱鏡1.形狀：截面為三角形的棱鏡.2.全反射棱鏡的特點(diǎn)(1)當(dāng)光垂直于它的一個(gè)界面射入后，都會(huì)在其內(nèi)部發(fā)生，與平面鏡相比，它的反射率很高.(2)反射面不必涂敷任何反光物質(zhì)，反射時(shí).三、光導(dǎo)纖維1.原理：利用了光的.2.構(gòu)造：由和外套兩層組成.內(nèi)芯的折射率比外套的，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射.3.光纖通信的優(yōu)點(diǎn)是容量、衰減、抗干擾性等.4.光導(dǎo)纖維除應(yīng)用于光纖通信外，還可應(yīng)用于醫(yī)學(xué)上的內(nèi)窺鏡等.典型例題分析典型例題分析考點(diǎn)一：發(fā)生全反射的條件、臨界角【例1】如圖所示，有一光投射到放在空氣中的平行玻璃磚的第I表面，下面說法中正確的是（）A．如果在第I界面上入射角大于臨界角，光將不會(huì)進(jìn)入玻璃磚B．光從第Ⅱ界面射出時(shí)出射光線可能與最初的入射光線不平行C．光進(jìn)入第I界面后可能不從第Ⅱ界面射出D．不論光從什么角度入射，都能從第Ⅱ界面射出【變式練習(xí)】1．紅、黃、綠三種單色光以相同的入射角從水中射向空氣，若黃光在界面上恰好發(fā)生全反射，則下列判斷正確的是（）A．綠光不能發(fā)生全反射B．紅光一定能發(fā)生全反射C．黃光在水中的波長(zhǎng)比紅光在水中的波長(zhǎng)長(zhǎng)D．這三種單色光相比，紅光在水中傳播的速率最大2．如圖所示，一束復(fù)色光從空氣中射入水中，分成兩束單色光a和b，則下列說法正確的是（）A．在水中，a光的頻率大于b光的頻率B．在水中，a光的光速大于b光的光速C．在水中，a光的波長(zhǎng)大于b光的波長(zhǎng)D．若光從水中射向空氣中，a光的臨界角大于b光的臨界角考點(diǎn)二：根據(jù)全反射的條件判斷光能否發(fā)生全反射【例2】如圖所示，相互平行的平面Ⅰ和Ⅱ?yàn)閮煞N光介質(zhì)的分界面，兩平面外為介質(zhì)1，兩平面間為介質(zhì)2，一單色光以一定的入射角入射到界面Ⅰ上，已知介質(zhì)Ⅰ和介質(zhì)Ⅱ?qū)Υ斯獾恼凵渎史謩e為n1和n2，則以下說法正確的有（）A．若n1<n2，此光線可能在界面Ⅱ上發(fā)生全反射B．若n1<n2，此光線一定在界面Ⅱ上發(fā)生全反射C．若n1>n2，此光線一定在界面Ⅰ上發(fā)生全反射D．若n1>n2，此光線可能在界面Ⅰ上發(fā)生全反射【變式練習(xí)】1．如圖，一小孩在河水清澈的河面上以1m/s的速度游泳，t=0時(shí)刻他看到自己正下方的河底有一小石塊，t=3s時(shí)他恰好看不到小石塊了，河水的折射率n=，下列說法正確的是（

）A．3s后，小孩會(huì)再次看到河底的石塊B．前3s內(nèi)，小孩看到的石塊越來越明亮C．這條河的深度為mD．t=0時(shí)小孩看到的石塊深度為m2．如圖所示，一束由兩種色光混合的復(fù)色光沿PO方向射向一上、下表面平行且足夠大的厚玻璃平面鏡的上表面，得到三束反射光束I、II、III，則（）A．光束I仍為復(fù)色光，光束II、III為單色光，且三束光一定相互平行B．增大α角且α≤，光束II、III會(huì)遠(yuǎn)離光束IC．玻璃對(duì)光束III的折射率大于對(duì)光束II的折射率D．減小α角且α>，光束Ⅲ可能會(huì)由于全反射從上表面消失方法探究方法探究一、全反射1.全反射現(xiàn)象(1)全反射的條件：①光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì).②入射角大于或等于臨界角.(2)全反射遵循的規(guī)律：①發(fā)生全反射時(shí)，光全部返回原介質(zhì)，入射光與反射光遵循光的反射定律.②全反射的臨界角C和折射率n的關(guān)系：sinC＝eq\f(1,n).(3)從能量角度來理解全反射：當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，隨著入射角增大，折射角也增大.同時(shí)折射光線強(qiáng)度減弱，能量減小，反射光線強(qiáng)度增強(qiáng)，能量增加，當(dāng)入射角達(dá)到臨界角時(shí)，折射光線強(qiáng)度減弱到零，反射光線的能量等于入射光線的能量.2.不同色光的臨界角：由于不同顏色(頻率不同)的光在同一介質(zhì)中的折射率不同.頻率越大的光，折射率也越大，所以不同顏色的光由同一介質(zhì)射向空氣或真空時(shí)，頻率越大的光的臨界角越小，越易發(fā)生全反射.二、全反射棱鏡改變光路的幾種情況入射方式項(xiàng)目方式一方式二方式三光路圖入射面ABACAB全反射面ACAB、BCAC光線方向改變角度90°180°0°(發(fā)生側(cè)移)三、光導(dǎo)纖維1.構(gòu)造及傳播原理(1)構(gòu)造：光導(dǎo)纖維是一種透明的玻璃纖維絲，直徑只有幾微米到一百微米，如圖3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(2)傳播原理：光由一端進(jìn)入，在兩層的界面上經(jīng)過多次全反射，從另一端射出，光導(dǎo)纖維可以遠(yuǎn)距離傳播光信號(hào)，光信號(hào)又可以轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，進(jìn)而變?yōu)槁曇?、圖像.2.光導(dǎo)纖維的折射率設(shè)光導(dǎo)纖維的折射率為n，當(dāng)入射角為θ1時(shí)，進(jìn)入光導(dǎo)纖維的光線傳到側(cè)面恰好發(fā)生全反射，則有：sinC＝eq\f(1,n)，n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，C＋θ2＝90°，由以上各式可得：sinθ1＝eq\r(n2－1).由圖可知：當(dāng)θ1增大時(shí)，θ2增大，由光導(dǎo)纖維射向空氣的光線的入射角θ減小，當(dāng)θ1＝90°時(shí)，若θ＝C，則所有進(jìn)入光導(dǎo)纖維中的光線都能發(fā)生全反射，即解得n＝eq\r(2).以上是光從光導(dǎo)纖維射向真空時(shí)得到的折射率，由于光導(dǎo)纖維包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比eq\r(2)大些.四、解決全反射問題的思路(1)確定光是由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)還是由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì).(2)若光由介質(zhì)進(jìn)入空氣(真空)時(shí)，則根據(jù)sinC＝eq\f(1,n)確定臨界角，看是否發(fā)生全反射.(3)根據(jù)題設(shè)條件，畫出入射角等于臨界角的“臨界光路”.(4)運(yùn)用幾何關(guān)系、三角函數(shù)關(guān)系、反射定律等進(jìn)行判斷推理、運(yùn)算及變換并進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析或定量計(jì)算.課后小練課后小練一、單選題1．關(guān)于全反射，下列說法正確的是（）A．光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)不可能發(fā)生全反射B．光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)可能發(fā)生全反射C．光從折射率大的介質(zhì)射向折射率小的介質(zhì)時(shí)不可能發(fā)生全反射D．光從傳播速度小的介質(zhì)射向傳播速度大的介質(zhì)時(shí)可能發(fā)生全反射2．一束單色光從空氣射入水中，下列說法中正確的是（）A．光的頻率不會(huì)變化 B．光的傳播速度變大C．折射角大于入射角 D．有可能發(fā)生全反射3．玻璃的折射率為1.5，如圖所示，光線由空氣射入半圓形玻璃磚，或由玻璃磚射入空氣的光路圖中，正確的是（）A．圖甲、丙 B．圖甲、丁 C．圖乙、丙 D．圖乙、丁4．自行車上的紅色尾燈不僅是裝飾品，也是夜間騎車的安全指示燈，它能把來自后面的光線反射回去。某種自行車尾燈可簡(jiǎn)化為由許多整齊排列的等腰直角棱鏡（折射率）組成，棱鏡的橫截面如圖所示。一平行于橫截面的光線從O點(diǎn)垂直AB邊射入棱鏡，先后經(jīng)過AC邊和CB邊反射后，從AB邊的O′點(diǎn)射出，則出射光線是（）A．平行于AC邊的光線①B．平行于入射光線的光線②C．平行于CB邊的光線③D．平行于AB邊的光線④5．如圖所示，ABCD是兩面平行的足夠大的透明玻璃磚，AB面和CD面是玻璃和空氣的分界面，分別設(shè)為界面Ⅰ和界面Ⅱ。光線從界面Ⅰ射入玻璃磚，再?gòu)慕缑姊蛏涑?，回到空氣中，如果改變光到達(dá)界面Ⅰ時(shí)的入射角，則（）①只要入射角足夠大，光線在界面Ⅰ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象②只要入射角足夠大，光線在界面Ⅱ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象③不管入射角多大，光線在界面Ⅰ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象④不管入射角多大，光線在界面Ⅱ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象A．①② B．②③ C．①④ D．③④6．如圖所示，一束光沿半圓形玻璃磚的半徑射到其平直面上，并在該界面處發(fā)生反射和折射。當(dāng)逐漸增大入射角時(shí)，下列說法正確的是（）A．反射光線和折射光線都逐漸減弱 B．反射光線和折射光線的夾角逐漸增大C．折射光線逐漸減弱，直至完全消失 D．折射角和入射角的比值不變7．如圖所示，勻質(zhì)透明球體的球心為O，半徑為R，置于真空中。一條光線DC平行于直徑AOB射向球體，若DC與AOB的距離，光線從C射入球體經(jīng)一次反射后由P點(diǎn)（圖中未標(biāo)出）再次折射回真空中，此時(shí)的出射光線剛好與入射光線平行，已知光在真空中的速度為c，則（）A．球體的折射率為n＝2B．球體的折射率為C．光線從C點(diǎn)射入到從P點(diǎn)射出球體的總時(shí)間為D．適當(dāng)改變?nèi)肷潼c(diǎn)的位置，光線進(jìn)入球體后，可在球體內(nèi)發(fā)生全反射現(xiàn)象8．如圖所示，AB為一長(zhǎng)L＝30km的光導(dǎo)纖維，一束光線從端面A射入，在側(cè)面發(fā)生全反射，最后從B端面射出。已知光導(dǎo)纖維的折射率n＝1.35，光線從纖維內(nèi)側(cè)面向外射出時(shí)，臨界角的正弦值為0.9，設(shè)在側(cè)面發(fā)生全反射的光線從A端傳播到B端所需時(shí)間為t，真空中的光速為3×108m/s，則下列說法正確的是（）A．t的最小值是1.35×10－4s B．t的最大值小于1.5×10－4sC．t的最大值大于1.5×10－4s D．以上說法都不正確二、多選題9．如圖所示，兩束單色光a、b自空氣射向玻璃，經(jīng)折射后形成復(fù)色光c。下列說法正確的是（）A．a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率B．該玻璃對(duì)a光的折射率小于對(duì)b光的折射率C．從該玻璃射向空氣，a光的臨界角小于b光的臨界角D．在該玻璃中，a光的速度大于b光的速度10．我國(guó)的光纖通信技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。光纖主要由內(nèi)芯（內(nèi)層玻璃）和外套（外層玻璃）組成。若某種光纖的內(nèi)芯在空氣中全反射的臨界角為43°（，），則下列說法正確的是（）A．光纖外套的折射率比內(nèi)芯小 B．光纖外套的折射率比內(nèi)芯大C．該種光纖內(nèi)芯的折射率約為1.5 D．該種光纖內(nèi)芯的折射率約為1.411．如題圖所示，光線由空氣射到三棱鏡左側(cè)面的A點(diǎn)，入射光線被約束在A點(diǎn)法線下方、不管入射角i取值多大，從A點(diǎn)入射的光線均能從三棱鏡右側(cè)面射出，不考慮光線在三棱鏡內(nèi)部的反射，三棱鏡折射率為，三棱鏡頂角a的取值可能是（）A．30° B．40° C．50° D．60°12．如圖甲所示為某種油量計(jì)的內(nèi)部設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師在油箱的一側(cè)豎直安裝了一系列厚度相同、長(zhǎng)度不同的透明塑料板，每塊塑料板的形狀如圖乙所示，下部尖端部分截面為等腰直角三角形。把這一油量計(jì)固定在油箱內(nèi)，當(dāng)光由正上方豎直向下射入到塑料板中，從觀察窗口中可以清晰看到油量計(jì)的上表面有明、暗兩片區(qū)域。通過觀察明暗區(qū)域分界線的位置，便可判斷出油量的多少，（已知塑料板的折射率大于空氣折射率但小于油的折射率，空氣的折射率近似等于1），以下說法中正確的是（）A．從觀察窗口觀察到的亮區(qū)在右側(cè)，暗區(qū)在左側(cè)B．從觀察窗口觀察到的亮區(qū)在左側(cè)，暗區(qū)在右側(cè)C．從觀察窗口觀察到的明亮區(qū)域越大，油量越多D．使用的塑料板折射率應(yīng)滿足三、填空題13．如圖是一段長(zhǎng)為L(zhǎng)的直光導(dǎo)纖維內(nèi)芯，一單色光從左端面射入光纖，已知光纖對(duì)該單色光的折射率為n，光在真空傳播速度大小為c。則該單色光在光纖中傳播的最短時(shí)間為___________；若該單色光以任意不為零的入射角從左端面射入，均能在側(cè)面發(fā)生全反射，并從右端面射出，則折射率n的取值范圍是___________。14．我國(guó)女航天員王亞平在“太空授課”中演示了一個(gè)水球?qū)嶒?yàn)：在一個(gè)水球內(nèi)注入空氣，水球里形成了一個(gè)球形氣泡，觀察到水球中的球形氣泡特別明亮，這主要是因?yàn)楣庠跉馀荼砻姘l(fā)生了全反射現(xiàn)象。如圖所示，若光在氣泡表面P點(diǎn)恰好發(fā)生全反射，反射角為，則水的折射率為___________。已知AB間距離為d，光在空氣中傳播速度為c，則光在水中傳播的時(shí)間為___________。15．光纖通信是一種現(xiàn)代化的通信手段，它可以為客戶提供大容量、高速度、高質(zhì)量的通信服務(wù)，為了研究問題方便，我們將光導(dǎo)纖維簡(jiǎn)化為根長(zhǎng)直玻璃管，如圖所示。設(shè)此玻璃管長(zhǎng)為L(zhǎng)，折射率為n。已知從玻璃管左端面射入玻璃內(nèi)的光線在玻璃管的側(cè)面上恰好能發(fā)生全反射，最后從玻璃管的右端面射出。設(shè)光在真空中的傳播速度為c，則光在玻璃管中的傳播速度為___________，光通過此段玻璃管所需的時(shí)間為__________