4.2全反射（原卷版）

4.2全反射0101學(xué)習(xí)目標(biāo)物理素養(yǎng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.物理觀念：①了解光的全反射，知道光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)、臨界角等概念。②了解光導(dǎo)纖維的原理及應(yīng)用。2.科學(xué)思維：理解全反射的條件，能利用全反射規(guī)律解釋相關(guān)問題。3.科學(xué)探究：觀察全反射現(xiàn)象，經(jīng)歷探究全反射規(guī)律的過程。4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：借助全反射棱鏡和光導(dǎo)纖維在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生興趣。1.知道光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)的概念，認(rèn)識光的全反射現(xiàn)象。2.知道全反射棱鏡及其應(yīng)用。3.初步了解光導(dǎo)纖維的工作原理及光纖技術(shù)對社會經(jīng)濟(jì)生活的重大影響。重點關(guān)注：①光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)②全反射③臨界角④光導(dǎo)纖維、全反射棱鏡002思維導(dǎo)圖003知識梳理（一）課前研讀課本，梳理基礎(chǔ)知識一、全反射1.光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)(1)光疏介質(zhì)：折射率較____________(填“大”或“小”)的介質(zhì)。(2)光密介質(zhì)：折射率較____________(填“大”或“小”)的介質(zhì)。(3)光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)是____________(填“相對”或“絕對”)的。2.全反射現(xiàn)象(1)全反射：光從____________介質(zhì)射入____________介質(zhì)時，同時發(fā)生折射和反射。當(dāng)入射角增大到某一角度，使折射角達(dá)到90°時，____________光完全消失，只剩下____________光的現(xiàn)象。(2)臨界角：剛好發(fā)生全反射，即折射角等于____________時的入射角。光從____________射入____________時，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。(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____________臨界角。二、全反射棱鏡1．全反射棱鏡的形狀：截面為____________三角形的棱鏡。2．全反射棱鏡的特點：當(dāng)光垂直于它的一個界面射入后，都會在其內(nèi)部發(fā)生____________，與平面鏡相比，它的反射率很高，幾乎可達(dá)100%，常用來代替平面鏡來____________。3．全反射棱鏡的應(yīng)用：____________、____________、____________等。三、光導(dǎo)纖維1．原理：利用了光的____________。2．構(gòu)造：由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時在____________的界面上發(fā)生全反射。3．光導(dǎo)纖維的應(yīng)用(1)光纖通信①光導(dǎo)纖維的傳播原理：光由一端進(jìn)入，在內(nèi)芯和外套的界面上經(jīng)過多次全反射，從另一端②光纖通信的優(yōu)點：傳輸容量大、衰減小、抗干擾性及保密性強(qiáng)等。(2)醫(yī)學(xué)上的內(nèi)窺鏡：內(nèi)窺鏡有兩組光纖，一組把光傳送到人體內(nèi)部進(jìn)行____________，另一組把____________傳出供醫(yī)生觀察。（二）辨析1.只有一種介質(zhì)能否確定它是光密介質(zhì)還是光疏介質(zhì)?2.光發(fā)生折射時,入射角與折射角的大小有什么關(guān)系?3.當(dāng)光從水中射向與玻璃的交界面時,只要入射角足夠大就會發(fā)生全反射,這種說法正確嗎?為什么?004題型精講【題型一】全反射和臨界角【點撥】【點撥】1．光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)(1)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的比較光的傳播速度折射率光疏介質(zhì)大小光密介質(zhì)小大(2)相對性：光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是相對的。任何兩種透明介質(zhì)都可以通過比較光在其中傳播速度的大小或折射率的大小來判斷誰是光疏介質(zhì)或光密介質(zhì)。(3)光疏和光密是從介質(zhì)的光學(xué)特性來說的，并不是它的密度大小。例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介質(zhì)。2．全反射中的能量問題當(dāng)在前進(jìn)方向上遇到不同的介質(zhì)時,光就要分為兩部分,其中一部分從界面返回原來的介質(zhì),即反射光線,另一部分進(jìn)入第二種介質(zhì),改變原來的傳播方向,即折射光線。一般情況下光在兩種介質(zhì)界面上將同時發(fā)生反射和折射現(xiàn)象。根據(jù)能量守恒定律,入射光的能量應(yīng)等于反射光的能量和折射光的能量的和,即E總=E反+E折。當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，隨著入射角增大，折射角也增大。同時折射光線強(qiáng)度減弱，即折射光的能量減小，反射光強(qiáng)度增強(qiáng)，能量增加，當(dāng)入射角達(dá)到臨界角時，折射光強(qiáng)度減弱到零，反射光的能量等于入射光的能量。3.發(fā)生全反射時，光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)發(fā)生全反射時遵循反射定律，也遵循光路可逆原理4.臨界角(1)臨界角與折射率的關(guān)系:光由介質(zhì)射入空氣(或真空)時,。(2)臨界角含義:反映了光從介質(zhì)射向真空中發(fā)生全反射的難易程度。折射率越大,臨界角越小,越容易發(fā)生全反射。(3)不同顏色的光由同一介質(zhì)射向空氣或真空時,頻率越高的光的臨界角越小,越容易發(fā)生全反射?！镜湫屠}1】（2324高二下·北京大興·期末）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，下列說法正確的是（）A．反射光線和折射光線都逐漸減弱B．折射光線逐漸減弱，直至完全消失C．入射角和折射角的比值不變D．反射光線和折射光線的夾角逐漸增大【典型例題2】（2324高二下·貴州銅仁·期末）如圖所示，潛水員看岸上的所有景物都出現(xiàn)在一個倒立的圓錐里，已知圓錐的頂角是，則下列說法正確的是（

）A．水的折射率為B．水的折射率為C．潛水員潛得越深，圓錐的頂角越大D．潛水員潛得越深，圓錐的頂角越小【對點訓(xùn)練1】（2324高二下·云南保山·期末）如圖甲所示，一束單色光從真空中沿半徑射入半圓柱形透明工件，光在圓心O處發(fā)生折射和反射，折射光線的強(qiáng)度隨著的變化而變化（如圖乙所示），光在真空中的傳播速度為c，，結(jié)合圖像信息可知，單色光在工件中的傳播速度為（）A． B． C． D．【對點訓(xùn)練2】（2324高三下·山東·階段練習(xí)）（多選）雄安新區(qū)政府廣場的燈光噴泉為城市的夜景增添了色彩。水面下方處，有一邊長為的正方形燈帶，燈帶的寬度忽略不計。燈帶可以交替發(fā)出紅綠兩種顏色的光，（水對紅光的折射率為）下列說法正確的是（

）A．發(fā)紅光時在燈帶點的正上方觀察，觀察到到水面的距離為B．水面上被照亮的區(qū)域面積約為C．發(fā)出紅光時水面被照亮的區(qū)域比發(fā)出綠光時水面被照亮的區(qū)域大D．若燈帶的深度變?yōu)樵瓉淼膬杀?，水面被照亮的區(qū)域面積也變?yōu)樵瓉淼膬杀丁绢}型二】光路控制及全反射棱鏡【點撥】【點撥】全反射棱鏡改變光路的幾種情況入射方式項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)平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對光路的控制特點平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)結(jié)構(gòu)玻璃磚上下表面是平行的橫截面為三角形的三棱鏡橫截面是圓對光線的作用通過平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但要發(fā)生側(cè)移通過三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后，出射光線向棱鏡底面偏折圓界面的法線是過圓心的直線，光線經(jīng)過兩次折射后向圓心偏折應(yīng)用測定玻璃的折射率全反射棱鏡，改變光的傳播方向改變光的傳播方向【典型例題1】（2324高二下·廣東廣州·期末）道威棱鏡是醫(yī)用內(nèi)窺鏡的重要組成部分（如圖甲），它被廣泛用于圖形翻轉(zhuǎn)。道威棱鏡的橫截面ABCD是底角為45°的等腰梯形，棱鏡的折射率為。如圖乙所示，現(xiàn)有一光源F發(fā)出一組平行于AD的光線，最后投射到光屏上，形成完整的像F'，已知真空中光速為c。（1）求光線1從AB射入“道威棱鏡”后的折射角；（2）通過計算判斷光線1能否從BC邊射出，并求出光線1在棱鏡中的傳播速度（3）請在圖乙中畫出入射光線1、2到光屏的光路圖及在光屏上所成的像F'?！緦c訓(xùn)練1】（2324高二下·福建寧德·期末）如圖所示，某單色光以45°角入射到等腰三棱鏡的一個側(cè)面上，測得其折射角是30°，三棱鏡的頂角為70°。已知真空中的光速為，求：（1）此單色光在三棱鏡中的折射率；（2）此單色光在該三棱鏡中的速度大?。唬?）通過計算判斷該折射光在面上能否發(fā)生全反射?！绢}型三】光導(dǎo)纖維【典型例題1】（2024·山東威?！ざ＃┕鈱?dǎo)纖維（可簡化為長玻璃絲）示意圖如圖所示，其折射率為n，AB代表端面，為使光能從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣?，光在端面AB上的入射角θ應(yīng)滿足的條件是（）A． B．C． D．【對點訓(xùn)練1】（2324高二下·福建三明·期末）（多選）如圖為一圓柱狀的光導(dǎo)纖維，其縱截面MNPQ為矩形，MQ為材料的截面直徑。與MNPQ在同一平面內(nèi)的一束單色光，以入射角從空氣經(jīng)圓心O射入光導(dǎo)纖維內(nèi)，恰好未從MN邊界射出，則（

）A．臨界角為60° B．折射率為C．單色光射入后波長變長 D．減小入射角α，傳播的時間變短005強(qiáng)化訓(xùn)練【基礎(chǔ)強(qiáng)化】1．（2324高二下·廣東·期末）在塑料瓶的側(cè)面開一個小孔，瓶中灌入清水，水就從小孔流出。讓激光透過瓶子水平射向小孔，如圖所示，激光將在水流內(nèi)傳播，關(guān)于這一現(xiàn)象描述正確的是（）A．激光在水流內(nèi)傳播是因為激光在水流與空氣的分界面發(fā)生了折射B．激光在水中的傳播速度大于其在空氣中的傳播速度C．瓶中液體折射率越大，越容易實現(xiàn)激光在液體內(nèi)傳播D．激光器距水瓶越近，越容易實現(xiàn)激光在水流內(nèi)傳播2．（2324高一下·云南保山·期末）一位潛水愛好者在水下活動時，利用激光器向岸上救援人員發(fā)射激光信號，當(dāng)激光光束與水面的夾角為α?xí)r，如圖所示，岸上救援人員剛好接收不到他發(fā)出的激光光束，則水的折射率為（

）A． B． C． D．3．（2324高二下·山東濟(jì)南·期末）如圖所示為某一玻璃棱鏡的截面圖，三角形ABC的三個角分別為30°、60°、90°。某一單色光從BC邊某點射入棱鏡，入射光線與BC邊夾角為30°，折射光線恰好與AB邊平行。求：（1）棱鏡對該單色光的折射率；（2）該單色光從棱鏡的出射方向與從BC邊入射方向的夾角。4．（2324高二下·廣東揭陽·期末）如圖所示，半徑為R的圓形水池，池底正中央有一霓虹燈，該霓虹燈可以向各個方向發(fā)射單色光。當(dāng)注入池水的深度為h時，恰好使整個水面各處都能有霓虹燈光射出，已知真空中的光速為c。求：（1）池水對霓虹燈光的折射率n；（2）霓虹燈直接照射到水面的最長時間（不考慮多次反射）。【素養(yǎng)提升】5．（2024·山西呂梁·三模）（多選）華裔科學(xué)家高錕獲得2009年諾貝爾物理獎，他被譽(yù)為“光纖通訊父”。光纖通訊中信號傳播的主要載體是光導(dǎo)纖維，它的結(jié)構(gòu)如圖所示，其內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播。下列關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法中正確的是（）A．波長越長的光在同種光纖中傳播的速度越大。B．頻率越高的光在同種光纖中傳播的速度越大C．內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射D．內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射6．（2324高二下·遼寧·期末）如圖所示，一透明圓柱體的底面圓周直徑為d，圓柱體的高為。其中上底面的中心有一點光源向下底面發(fā)射紅光，下底面恰好有一半的面積有光透出。真空中光速為c，不考慮二次反射，則下列說法中正確的是（??）A．圓柱體對該單色光的折射率為 B．若換用紫光，下底面的透光面積會增大C．經(jīng)下底面射出的光線中時間最短的是 D．若增大圓柱體的高度，下底面的透光面積會減小7．（2324高二下·重慶·期末）（多選）如圖為我國航天領(lǐng)域某透明光學(xué)部件截面示意圖，其截面一側(cè)是半徑為R的四分之一圓弧，其余兩側(cè)為直面AC與BC，且AC=BC=R。該部件獨特的性能是放在O點的光源發(fā)出的光線，在圓弧AB上有三分之二最終能從AC、BC面射出，光速為c。下列說法正確的是（）A．該透明光學(xué)部件的全反射臨界角為30°B．該透明光學(xué)部件的折射率為C．光線透過該部件最長時間為D．該透明光學(xué)部件AC邊不透光長度為8．（2024·重慶·模擬預(yù)測）光纖通信具有通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點。如圖所示，一條長直光導(dǎo)纖維的長度為d，一束單色光從右端面中點以θ的入射角射入時，恰好在纖芯與包層的分界面發(fā)生全反射，且臨界角為C。已知光在空氣中的傳播速度等于真空光速c。包層的折射率未知，求：（1）纖芯的折射率n；（2）若從右端射入的光能夠傳送到左端（無損失），求光在光導(dǎo)纖維內(nèi)傳輸?shù)淖铋L時間和最短時間?！灸芰ε鄡?yōu)】9．（2324高二下·陜西咸陽·期末）（多選）如圖甲所示，我國航天員王亞平在天宮課堂上演示了微重力環(huán)境下的神奇現(xiàn)象。液體呈球狀，往其中央注入空氣，可以在液體球內(nèi)部形成一個同心球形氣泡。假設(shè)此液體球其內(nèi)外半徑之比為，由a、b兩種顏色的光組成的細(xì)復(fù)色光束在過球心的平面內(nèi)，從A點以的入射角射入球中，a、b兩條折射光線如圖乙所示，其中b光的折射光線剛好與液體球內(nèi)壁相切。下列說法正確的是（）A．該液體材料對a光的折射率小于對b光的折射率B．b光比a光在液體球中的傳播速度大C．該液體材料對b光的折射率為D．若繼續(xù)增大入射角i，b光可能因發(fā)生全反射而無法射出液體球10．（2324高二下·吉林·期末）（多選）超強(qiáng)超短光脈沖產(chǎn)生方法曾獲諾貝爾物理學(xué)獎，其中用到的一種脈沖激光展寬器截面如圖所示。在空氣中對稱放置四個相同的直角三棱鏡，頂角為θ，一細(xì)束脈沖激光垂直第一個棱鏡左側(cè)面入射，經(jīng)過前兩個棱鏡后分為平行的光束，再經(jīng)過后兩個棱鏡重新合成為一束，此時不同頻率的光前后分開，完成脈沖展寬，已知相鄰兩棱鏡斜面間的距離為d，脈沖激光中包含兩種頻率的光a、b，它們在棱鏡中的折射率分別為和。下列說法正確的是（）A．B．三棱鏡頂角θ的最大正弦值為C．若θ=30o，兩束光在第二個三棱鏡上的入射點間的距離為D．若，兩束光通過整個展寬器的過程中在