第2節(jié)光的全反射第3節(jié)光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用全 反 射 及 其 產(chǎn) 生 條 件先填空1全反射光從玻璃射入到空氣中時(shí)，折射角大于入射角，當(dāng)入射角增大到一定程度時(shí)，折射光線完全消失，全部光線都被反射回玻璃內(nèi)，這種現(xiàn)象稱為全反射現(xiàn)象2臨界角剛好發(fā)生全反射(即折射角等于90)時(shí)的入射角用字母C表示臨界角和折射率的關(guān)系是sin C.3光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)兩種介質(zhì)比較，折射率較小的介質(zhì)叫做光疏介質(zhì)，折射率較大的介質(zhì)叫做光密介質(zhì)4全反射的條件(1)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)(2)入射角大于等于臨界角再判斷1光從空氣射入水中時(shí)可能發(fā)生全反射現(xiàn)象()2光密介質(zhì)，是指介質(zhì)的折射率大，密度不一定大()3只要是光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，就一定發(fā)生全反射()后思考通過比較什么可以知道兩種介質(zhì)哪個(gè)是光密介質(zhì)，哪個(gè)是光疏介質(zhì)？【提示】可以通過比較光在兩種介質(zhì)中傳播速度的大小或折射率的大小來(lái)確定光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)，也可通過光線射入不同介質(zhì)時(shí)的偏折程度判斷核心點(diǎn)擊1全反射現(xiàn)象(1)全反射的條件：光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)入射角大于或等于臨界角(2)全反射遵循的規(guī)律：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，由于不存在折射光線，光的折射定律不再適用2對(duì)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的理解(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(duì)性：光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是相對(duì)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(lái)判斷誰(shuí)是光疏介質(zhì)或光密介質(zhì)3不同色光的臨界角：不同顏色的光由同一介質(zhì)射向空氣或真空時(shí)，頻率越高的光的臨界角越小，越易發(fā)生全反射1.一束光從某介質(zhì)進(jìn)入真空，方向如圖421所示，則下列判斷中正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：78510045】圖421A該介質(zhì)的折射率是B該介質(zhì)的折射率是C該介質(zhì)相對(duì)真空發(fā)生全反射的臨界角小于45 D光線按如圖所示的方向入射，無(wú)論怎樣改變?nèi)肷浞较蚨疾豢赡馨l(fā)生全反射現(xiàn)象E如果光從真空射向介質(zhì)，則不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象【解析】上面是介質(zhì)，下面是真空，入射角i30，折射角r60，則折射率n，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；sinC，則C45，故選項(xiàng)C正確；光線按如圖所示的方向入射，當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，就會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤光從真空射向介質(zhì)，不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象，E正確【答案】BCE2如圖422所示，半圓形透明介質(zhì)的橫截面，其半徑為R.一束光從半圓形透明介質(zhì)的左邊緣以入射角60射入透明介質(zhì)，光束在半圓形透明介質(zhì)的弧形面發(fā)生兩次反射后剛好從半圓形透明介質(zhì)的另一邊緣射出已知光在真空中傳播的速度為c.求：圖422(1)半圓形透明介質(zhì)的折射率(2)光線在半圓形透明介質(zhì)中傳播的時(shí)間(3)半圓形透明介質(zhì)的全反射臨界角【解析】(1)由圖中幾何關(guān)系可知，光束折射角r30，由折射定律，玻璃磚的折射率n(2)光線在半圓形透明介質(zhì)中傳播的速度v光線在半圓形透明介質(zhì)中傳播的距離L3R光線在半圓形透明介質(zhì)中傳播的時(shí)間t(3)由sin C得Carcsin【答案】(1)(2)(3)arcsin全反射定律的應(yīng)用技巧1首先判斷是否為光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，如果是，下一步就要再利用入射角和臨界角的關(guān)系進(jìn)一步判斷，如果不是則直接應(yīng)用折射定律解題即可2分析光的全反射時(shí)，根據(jù)臨界條件找出臨界狀態(tài)是解決這類題目的關(guān)鍵3當(dāng)發(fā)生全反射時(shí)，仍遵循光的反射定律和光路可逆性4認(rèn)真規(guī)范作出光路圖，是正確求解這類題目的重要保證對(duì) 全 反 射 現(xiàn) 象 的 解 釋 和 光 導(dǎo) 纖 維先填空1解釋全反射現(xiàn)象(1)水或玻璃中的氣泡看起來(lái)特別亮，是由于光射到氣泡上發(fā)生了全反射(2)在沙漠里，接近地面的熱空氣的折射率比上層空氣的折射率小，從遠(yuǎn)處物體射向地面的光線的入射角大于臨界角時(shí)，發(fā)生全反射，人們就會(huì)看到遠(yuǎn)處物體的倒影2全反射棱鏡(1)形狀：截面為直角等腰三角形的棱鏡(2)光學(xué)特性：當(dāng)光垂直于截面的直角邊射入棱鏡時(shí)，光在截面的斜邊上發(fā)生全反射，光射出棱鏡時(shí)，傳播方向改變了90.當(dāng)光垂直于截面的斜邊射入棱鏡時(shí)，在直角邊上各發(fā)生一次全反射，使光的傳播方向改變了180.3光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用(1)原理利用了全反射(2)構(gòu)造光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲，由內(nèi)芯和外層透明介質(zhì)兩層組成內(nèi)芯的折射率比外層的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外層的界面上發(fā)生全反射(3)主要優(yōu)點(diǎn)容量大，能量損耗小、抗干擾能力強(qiáng)，保密性好等再判斷1在沙漠里看到的蜃景是一種全反射現(xiàn)象()2魚缸中上升的氣泡亮晶晶的，是由于光射到氣泡上發(fā)生了全反射()3光纖一般由折射率小的玻璃內(nèi)芯和折射率大的外層透明介質(zhì)組成()后思考炎熱的夏天，在公路上有時(shí)能看到遠(yuǎn)處物體的倒影，這是一種什么現(xiàn)象？【提示】是一種蜃景現(xiàn)象，是由光的全反射造成的核心點(diǎn)擊1全反射棱鏡(1)用玻璃制成的截面為等腰直角三角形的棱鏡，其臨界角約為42.(2)全反射棱鏡特點(diǎn)：與平面鏡相比，全反射棱鏡反射率高，幾乎可達(dá)100%.反射面不必涂任何反光物質(zhì)，反射失真小克服了平面鏡成多個(gè)象的問題2光導(dǎo)纖維(1)構(gòu)造：光導(dǎo)纖維一般由折射率較大的玻璃內(nèi)芯和折射率較小的外層透明介質(zhì)組成，如圖423所示圖423實(shí)際用的光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲，直徑只有幾微米到一百微米之間，外層包上折射率比它小的材料，再把若干根光纖集成一束，制成光纜，進(jìn)一步提高了光纖的強(qiáng)度(2)原理：全反射是光導(dǎo)纖維的基本工作原理光在光纖內(nèi)傳播時(shí)，由光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)，若入射角iC(臨界角)，光就會(huì)在光纖內(nèi)不斷發(fā)生全反射(3)應(yīng)用：光纖通信是光導(dǎo)纖維的一個(gè)重要應(yīng)用載有聲音、圖象以及各種數(shù)字信號(hào)的激光從光纖一端輸入，就可以傳到千里之外的另一端，實(shí)現(xiàn)光纖通信3下述現(xiàn)象哪些是由于全反射造成的() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：78510046】A露水珠或噴泉的水珠，在陽(yáng)光照耀下格外明亮B直棒斜插入水中時(shí)呈現(xiàn)彎折現(xiàn)象C口渴的沙漠旅行者，往往會(huì)看到前方有一潭晶瑩的池水，當(dāng)他們喜出望外地奔向那潭池水時(shí)，池水卻總是可望而不可及D在盛水的玻璃杯中放一空試管，用燈光照亮玻璃杯側(cè)面，在水面上觀察水中的試管，看到試管壁特別明亮E利用“潛望鏡”可以從水底觀察水面上的情況【解析】露水珠或噴泉的水珠，在陽(yáng)光照耀下在部分位置發(fā)生全反射，所以格外明亮，故A正確；直棒斜插入水中時(shí)呈現(xiàn)彎折現(xiàn)象是由于光的折射，故B不正確；口渴的沙漠旅行者，往往會(huì)看到前方有一潭晶瑩的池水，是折射和全反射形成的現(xiàn)象，故C正確；盛水的玻璃杯中放一空試管，用燈光照亮玻璃杯側(cè)面，在水面上觀察水中的試管，看到試管壁特別明亮，是由于發(fā)生了全反射，故D正確；“潛望鏡”利用了平面鏡成象，為反射現(xiàn)象，E不正確【答案】ACD4.如圖424所示，一根長(zhǎng)為l5.0 m的光導(dǎo)纖維用折射率n的材料制成一束激光由其左端的中心點(diǎn)以45的入射角射入光導(dǎo)纖維內(nèi)，經(jīng)過一系列全反射后從右端射出，求：圖424(1)該激光在光導(dǎo)纖維中的速度v是多大(2)該激光在光導(dǎo)纖維中傳輸所經(jīng)歷的時(shí)間是多少【解析】(1)由n可得v2.1108 m/s.(2)由n可得光線從左端面射入后的折射角為30，射到側(cè)面時(shí)的入射角為60，大于臨界角45，因此發(fā)生全反射同理光線每次在側(cè)面都將發(fā)生全反射，直到光線到達(dá)右端面由幾何關(guān)系可以求出光線在光導(dǎo)纖維中通過的總路程s，因此該激光在光導(dǎo)纖維中傳輸所經(jīng)歷的時(shí)間t2.7108 s.【答案】(1)2.1108 m/s(2)2.7108 s光導(dǎo)纖維問題的解題關(guān)鍵第一步抓關(guān)鍵點(diǎn)關(guān)鍵點(diǎn)獲取信息光導(dǎo)纖維工作原理：全反射光束不會(huì)側(cè)漏光束在側(cè)壁發(fā)生全反射第二步找突破口“從一個(gè)端面射入，從另一個(gè)端面射出”，根據(jù)這句話畫出入射、折射及全反射的光路圖，根據(jù)全反射的知識(shí)求解問題學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng)(十一)(建議用時(shí)：45分鐘)學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)1下列事例哪些應(yīng)用了光的全反射現(xiàn)象()A海市蜃樓B用三棱鏡觀察太陽(yáng)光譜C某些光學(xué)儀器中用等腰直角玻璃三棱鏡改變光路90D水中的魚看起來(lái)比實(shí)際的要淺E多面體鉆石能夠閃閃發(fā)光【解析】海市蜃樓和光學(xué)儀器中用等腰直角玻璃三棱鏡改變光路90是利用了光的全反射現(xiàn)象，故A、C項(xiàng)正確；用三棱鏡觀察太陽(yáng)光譜和水中的魚看起來(lái)比實(shí)際的要淺，都是光的折射現(xiàn)象，故B、D項(xiàng)錯(cuò)誤多面體鉆石閃閃發(fā)光是因?yàn)槿瓷洮F(xiàn)象，E正確【答案】ACE2已知介質(zhì)對(duì)某單色光的臨界角為C，則下列說(shuō)法正確的是()A該介質(zhì)對(duì)單色光的折射率等于B此單色光在該介質(zhì)中的傳播速度等于csinC(c是光在真空中的傳播速度)C此單色光在該介質(zhì)中的傳播波長(zhǎng)是在真空中波長(zhǎng)的sin C倍D此單色光在該介質(zhì)中的頻率是在真空中的倍E此單色光從真空射向介質(zhì)，入射角大于C時(shí)一定發(fā)生全反射【解析】由臨界角的計(jì)算式sin C得n，故選項(xiàng)A正確；將n代入sin C得sin C，故vcsin C，故選項(xiàng)B正確；設(shè)該單色光的頻率為f，在真空中的波長(zhǎng)為0，在介質(zhì)中的波長(zhǎng)為，由波長(zhǎng)、頻率、波速的關(guān)系得c0f，vf，由sin C得，0sin C，故選項(xiàng)C正確；該單色光由真空傳入介質(zhì)時(shí)，頻率不發(fā)生變化，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤；此單色光從真空射向介質(zhì)不會(huì)發(fā)生全反射，E錯(cuò)誤【答案】ABC3一束光從空氣射向折射率為n的某種玻璃的表面，如圖425所示，i代表入射角，則()圖425A當(dāng)i45時(shí)，會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象B無(wú)論入射角i是多大，折射角r都不會(huì)超過45C欲使折射角r30，應(yīng)以i45的角入射D當(dāng)入射角iarctan時(shí)，反射光線跟折射光線恰好互相垂直E當(dāng)光從玻璃射向空氣時(shí)， 一定會(huì)發(fā)生全反射【解析】由于光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)，所以不會(huì)發(fā)生全反射，A項(xiàng)錯(cuò)，B對(duì)；由折射定律計(jì)算可知C、D兩項(xiàng)正確；光從玻璃射向空氣，入射角大于臨界角時(shí)才能發(fā)生全反射，E錯(cuò)誤【答案】BCD4下列說(shuō)法中正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：78510047】A因?yàn)樗拿芏却笥诰凭拿芏?，所以水是光密介質(zhì)B因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎剩运畬?duì)酒精來(lái)說(shuō)是光疏介質(zhì)C同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較大D同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較小E光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)相對(duì)于折射率來(lái)確定，與密度無(wú)關(guān)【解析】光在各種介質(zhì)中的傳播速度和介質(zhì)相對(duì)真空的折射率都是不同的兩種介質(zhì)相比較光在其中傳播速度大，而折射率小的介質(zhì)叫光疏介質(zhì)；光在其中傳播速度小，而折射率大的介質(zhì)叫光密介質(zhì)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)與密度無(wú)關(guān)，A、C錯(cuò)誤，B、D、E正確【答案】BDE5關(guān)于全反射，下列說(shuō)法中正確的是()A發(fā)生全反射時(shí)，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(shí)，一定會(huì)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(shí)，不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D水或玻璃中的氣泡看起來(lái)特別亮，就是因?yàn)楣鈴乃虿Ａ湎驓馀輹r(shí)，在界面發(fā)生全反射E介質(zhì)的臨界角越小就越容易發(fā)生全反射【解析】全反射是當(dāng)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于等于臨界角時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象，發(fā)生全反射時(shí)全部光線均不進(jìn)入光疏介質(zhì)介質(zhì)的臨界角越小越容易發(fā)生全反射，A、B錯(cuò)誤，C、D、E正確【答案】CDE6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)量的通信服務(wù)目前，我國(guó)正在大力建設(shè)高質(zhì)量的寬帶光纖通信網(wǎng)絡(luò)下列說(shuō)法正確的是()A光纖通信利用光作為載體來(lái)傳遞信息B光導(dǎo)纖維傳遞光信號(hào)是利用光沿直線傳播的原理C光導(dǎo)纖維傳遞光信號(hào)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E光在光纖內(nèi)不斷地發(fā)生全反射，中途不會(huì)側(cè)漏【解析】光纖是利用光的全反射現(xiàn)象而實(shí)現(xiàn)光作為載體的信息傳遞，光纖是內(nèi)芯折射率大于外層表皮折射率的很細(xì)的玻璃絲故A、D、E正確，B、C錯(cuò)誤【答案】ADE7.如圖426所示，一束光線從空氣射入某介質(zhì)，入射光線與反射光線夾角為90，折射光線與入射光線延長(zhǎng)線間夾角為15，求：圖426(1)該介質(zhì)的折射率(2)光在該介質(zhì)中傳播的速度(3)當(dāng)光從介質(zhì)射入空氣時(shí)的臨界角【解析】(1)由反射定律可知，由于90，故入射角45；由圖可知r45，由于15，故折射角r30，所以該介質(zhì)的折射率n(2)由折射率與速度的關(guān)系n得v m/s2.12108 m/s(3)光從介質(zhì)射入空氣時(shí)臨界角的正弦值sin C，故臨界角C45【答案】(1)(2)2.12108 m/s(3)458.如圖427所示，AB為光導(dǎo)纖維，A、B之間距離為s，使一光脈沖信號(hào)從光導(dǎo)纖維中間入射，射入后在光導(dǎo)纖維與空氣的界面上恰好發(fā)生全反射，由A點(diǎn)傳輸?shù)紹點(diǎn)所用時(shí)間為t，求光導(dǎo)纖維所用材料的折射率n.圖427【解析】設(shè)介質(zhì)的折射率為n，則有sin sin Cnt由以上三式解得t，所以n.【答案】能力提升9OMN為玻璃等腰三棱鏡的橫截面a、b兩束可見單色光從空氣垂直射入棱鏡底面MN，在棱鏡側(cè)面OM、ON上反射和折射的情況如圖428所示由此可知()圖428A棱鏡內(nèi)a光的傳播速度比b光的小B棱鏡內(nèi)a光的傳播速度比b光的大Ca光的頻率比b光的高Da光的波長(zhǎng)比b光的長(zhǎng)Ea光的臨界角大于b光的臨界角【解析】由題圖可知，a、b兩單色光以相同的入射角分別射向OM、ON兩界面，b光發(fā)生全反射，而a光發(fā)生折射，所以a光的折射率小于b光的折射率，因此a光的波長(zhǎng)比b光的波長(zhǎng)大，D正確；又v，則在棱鏡內(nèi)a光的傳播速度比b光的大，B正確由圖可知，a光的臨界角大于b光的臨界角，E正確【答案】BDE10.如圖429所示，空氣中有一橫截面為半圓環(huán)的均勻透明柱體，其內(nèi)圓半徑為r，外圓半徑為R，Rr.現(xiàn)有一束單色光垂直于水平端面A射入透明柱體，只經(jīng)過兩次全反射就垂直于水平端面B射出設(shè)透明柱體的折射率為n，光在透明柱體內(nèi)傳播的時(shí)間為t，若真空中的光速為c，則() 圖429【導(dǎo)學(xué)號(hào)：78510048】An可能為Bn可能為2Ct可能為Dt可能為Et可能為【解析】根據(jù)題意可畫出光路圖如圖所示，則兩次全反射時(shí)的入射角均為45，所以全反射的臨界角C45，折射率n，A、B均正確；光在介質(zhì)中的傳播速度v，所以傳播時(shí)間t，C、D錯(cuò)誤，E正確【答案】ABE11.如圖4210所示為用某種透明材料制成的一塊柱形棱鏡的截面圖，圓弧CD為半徑為R的四分之一的圓周，圓心為O，光線從AB面上的某點(diǎn)入射，入射角145，它進(jìn)入棱鏡后恰好以臨界角射在BC面上的O點(diǎn)圖4210(1)畫出光線由AB面進(jìn)入棱鏡且從CD弧面射出的光路圖；(2)求該棱鏡的折射率n；(3)求光線在該棱鏡中傳播的速度大小v(已知光在空氣中的傳播速度c3.0108 m/s)【解析】(1)光路圖如圖所示(2)光線在BC面上恰好發(fā)生全反射，入射角等于臨界角C，sin C，cos C.光線在AB界面上發(fā)生折射，折射角290C，由幾何關(guān)系得sin 2cos C，由折射定律得n，由以上幾式聯(lián)立解得n.(3)光速v108 m/s.【答案】(1)見解析圖(2)(3)108 m/s12.如圖4211所示，AOB是由某種透明物質(zhì)制成的圓柱體的橫截面(O為圓心)，其折射率為.今有一束平行光以45的入射角射向柱體的OA平面，這些光線中有一部分不能從柱體的AB面上射出設(shè)凡射到OB面的光線全部被吸收，也不考慮OA面的反射，求圓柱AB面上能射出光線的部分占AB表面的幾分之幾？圖4211【解析】如圖所示，從O點(diǎn)射入的光線，折射角為，根據(jù)折射定律有：n，解得30.設(shè)從某位置P點(diǎn)入射的光線，折射到AB弧面上Q點(diǎn)時(shí)，入射角恰等于臨界角C，有：sin C，代入數(shù)據(jù)得：C45.所以能射出光線的區(qū)域?qū)?yīng)的圓心角C45，故能射出光線的部分占AB表面的比例為.【答案】